DE102018211110A1 - Electric drive arrangement, in particular for the operation of a hybrid electric / electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Offenbart wird eine elektrische Antriebsanordnung (AA), umfassend:- eine Drehstrommaschine (DM) mit einem ersten Wicklungssystem (SS1) mit mindestens drei ersten Wicklungen (U, V, W) und einem zweiten Wicklungssystem (SS2) mit mindestens drei zweiten Wicklungen (X, Y, Z);- einen ersten Wechselrichter (WR1) mit mindestens drei ersten Phasenleitungen (Pu, Pv, Pw), wobei die ersten Phasenleitungen (Pu, Pv, Pw) jeweils mit den jeweiligen korrespondierenden ersten Wicklungen (U, V, W) elektrisch verbunden sind;- einen zweiten Wechselrichter (WR2) mit mindestens drei zweiten Phasenleitungen (Px, Py, Pz), wobei die zweiten Phasenleitungen (Px, Py, Pz) jeweils mit den jeweiligen korrespondierenden zweiten Wicklungen (X, Y, Z) elektrisch verbunden sind;- mindestens einen Strommesser (SM12, SM24), der in einem negativspannungsseitigen Strompfad eines der beiden Wechselrichter (WR1, WR2) elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, einen durch diesen negativspannungsseitigen Strompfad fließenden Phasenstrom zu messen;- wobei jede der zweiten Wicklungen (X, Y, Z) mit jeweiliger korrespondierenden der ersten Wicklungen (U, V, W) paarweise symmetrisch ausgebildet ist und gegenüber der jeweiligen korrespondierenden der ersten Wicklungen (U, V, W) invertiert mit der jeweiligen korrespondierenden zweiten Phasenleitung (Px, Py, Pz) elektrisch verbunden ist.Disclosed is an electric drive arrangement (AA), comprising: - a three-phase machine (DM) with a first winding system (SS1) with at least three first windings (U, V, W) and a second winding system (SS2) with at least three second windings (X , Y, Z), - a first inverter (WR1) having at least three first phase lines (Pu, Pv, Pw), wherein the first phase lines (Pu, Pv, Pw) are respectively connected to the respective corresponding first windings (U, V, W a second inverter (WR2) having at least three second phase lines (Px, Py, Pz), wherein the second phase lines (Px, Py, Pz) are respectively connected to the respective corresponding second windings (X, Y, Z) - at least one ammeter (SM12, SM24), which is electrically connected in a negative voltage side current path of one of the two inverters (WR1, WR2) and is arranged to flow through this negative voltage side current path wherein each of the second windings (X, Y, Z) is formed in pairs symmetrically with respective corresponding ones of the first windings (U, V, W) and opposite to the respective corresponding one of the first windings (U, V, W) inverted with the corresponding corresponding second phase line (Px, Py, Pz) is electrically connected.
Description
Technisches Gebiet:Technical area:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsanordnung, insb. zum Betrieb eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs.The present invention relates to an electric drive arrangement, in particular for the operation of a hybrid electric / electric vehicle.
Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung:State of the art and object of the invention:
Elektrische Antriebsanordnungen, insb. zum Betrieb eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, sind bekannt.Electric drive arrangements, in particular for the operation of a hybrid electric / electric vehicle, are known.
Wie alle anderen technischen Vorrichtungen besteht bei den elektrischen Antriebsanordnungen die allgemeine Anforderung, diese hinsichtlich der Kosten und Funktionalität zu optimieren.Like all other technical devices, there is a general requirement in electric drive assemblies to optimize for cost and functionality.
Damit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine elektrische Antriebsanordnung hinsichtlich der Kosten und Funktionalität zu optimieren.Thus, the object of the invention is to optimize an electrical drive assembly in terms of cost and functionality.
Beschreibung der Erfindung:Description of the invention:
Diese Aufgabe wird durch Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is solved by subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Antriebsanordnung, insb. zum Betrieb eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, bereitgestellt.According to a first aspect of the invention, an electric drive arrangement, in particular for the operation of a hybrid electric / electric vehicle, is provided.
Die elektrische Antriebsanordnung umfasst eine Drehstrommaschine mit einem ersten Wicklungssystem mit mindestens drei ersten Wicklungen und einem zweiten Wicklungssystem mit mindestens drei zweiten Wicklungen.The electric drive arrangement comprises a three-phase machine having a first winding system with at least three first windings and a second winding system with at least three second windings.
Die elektrische Antriebsanordnung umfasst ferner einen positivspannungsseitigen Stromanschluss und einen ersten Wechselrichter mit mindestens drei ersten Phasenleitungen zum Bereitstellen von Phasenströmen für das erste Wicklungssystem, wobei die ersten Phasenleitungen jeweils mit den jeweiligen korrespondierenden ersten Wicklungen (insb. direkt) elektrisch verbunden sind.The electric drive arrangement further comprises a positive-voltage-side power connection and a first inverter having at least three first phase lines for providing phase currents for the first winding system, wherein the first phase lines are respectively electrically connected (in particular directly) to the respective corresponding first windings.
Die elektrische Antriebsanordnung umfasst zudem einen zweiten Wechselrichter mit mindestens drei zweiten Phasenleitungen zum Bereitstellen von Phasenströmen für das zweite Wicklungssystem, wobei die zweiten Phasenleitungen jeweils mit den jeweiligen korrespondierenden zweiten Wicklungen (insb. direkt) elektrisch verbunden sind.The electric drive arrangement also comprises a second inverter having at least three second phase lines for providing phase currents for the second winding system, wherein the second phase lines are respectively electrically connected (in particular directly) to the respective corresponding second windings.
Die elektrische Antriebsanordnung umfasst ferner mindestens einen Strommesser, der in einem negativspannungsseitigen Strompfad („Lowside“-Strompfad) eines der beiden Wechselrichter elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, einen durch diesen negativspannungsseitigen Strompfad fließenden Phasenstrom zu messen.The electric drive arrangement further comprises at least one ammeter which is electrically connected in a negative voltage side current path ("lowside" current path) of one of the two inverters and is adapted to measure a phase current flowing through this negative voltage side current path.
Dabei ist jede der zweiten Wicklungen des zweiten Wicklungssystems jeweils mit jeweiliger korrespondierenden der ersten Wicklungen des ersten Wicklungssystems paarweise symmetrisch ausgebildet und gegenüber der jeweiligen korrespondierenden der ersten Wicklungen invertiert mit der jeweiligen korrespondierenden zweiten Phasenleitung (insb. direkt) elektrisch verbunden.In this case, each of the second windings of the second winding system is formed in pairs symmetrically with respective corresponding ones of the first windings of the first winding system and inverted relative to the respective corresponding one of the first windings electrically connected to the respective corresponding second phase line (esp.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass eine elektrische Antriebsanordnung, insb. zum Betrieb eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, eine Drehstrommaschine enthält, welche i. d. R. mithilfe von Raumzeigermodulation geregelt wird. Hierzu müssen insb. Phasenströme zur Drehstrommaschine gemessen werden. Eine kostengünstige Alternative zu kostenintensiven Hallsensoren zur Strommessung sind Shunts. Um eine zusätzliche Potentialtrennung und die damit gebundenen Kosten zu vermeiden, werden die Shunts bspw. zwischen dem negativen Potential eines Zwischenkreises der Antriebsanordnung und jedem negativspannungsseitigen Leistungshalbleiterschalter („Lowside“-Leistungshalbleiterschalter) platziert (sogenannte „Lowside“-Strommessung). Nachteil dieser „Lowside“-Strommessung gegenüber der Phasenstrommessung ist, dass nur dann der Phasenstrom gemessen werden kann, wenn deren „Lowside“-Schalter gerade den Phasenstrom führt. Bei großen Modulationsgraden kommt es je nach Statorwinkel vor, dass ein Großteil der Phasen nur für sehr kurze Zeit die Phasenströme über den „Lowside“-Strompfad führt. Da bei einer dreiphasigen Sternschaltung mindestens zwei Phasenströme zeitgleich gemessen werden müssen, um den dritten Phasenstrom über die Knotengleichung berechnen zu können, begrenzt die minimal benötigte Einschwingzeit der Auswerteschaltung der Shunts somit den maximal möglichen Modulationsgrad.The invention is based on the idea that an electric drive arrangement, in particular for the operation of a hybrid electric / electric vehicle, contains a three-phase machine, which i. d. R. is controlled by means of space vector modulation. For this purpose, in particular phase currents have to be measured to the three-phase machine. A cost-effective alternative to cost-intensive Hall sensors for current measurement are shunts. In order to avoid additional potential separation and the costs associated therewith, the shunts are placed, for example, between the negative potential of an intermediate circuit of the drive arrangement and each negative-voltage-side power semiconductor switch (so-called "low-side" power measurement). The disadvantage of this "lowside" current measurement compared to the phase current measurement is that the phase current can only be measured if its "low-side" switch is currently conducting the phase current. At high modulation levels, depending on the stator angle, most of the phases only conduct the phase currents over the "lowside" current path for a very short time. Since in a three-phase star connection at least two phase currents must be measured simultaneously in order to calculate the third phase current via the node equation, the minimally required settling time of the evaluation circuit of the shunts thus limits the maximum possible degree of modulation.
Durch die Anwendung einer Drehstrommaschine mit mindestens zwei voneinander getrennten Sternschaltungen von Wicklungen (voneinander getrennten Teilsysteme) kann die Motorleistung durch zwei voneinander getrennten Teilsysteme und somit durch erhöhte Spannungsausnutzung erhöht werden, ohne dabei der Bauraum der Drehstrommaschine zu vergrößern. Dabei werden die zueinander korrespondierenden Wicklungen der Sternschaltungen in jeweilige gleiche Nuten platziert.By using a three-phase machine with at least two separate star circuits of windings (separate subsystems), the engine power can be increased by two separate subsystems and thus by increased voltage utilization, without increasing the space of the three-phase machine. In this case, the mutually corresponding windings of the star circuits are placed in respective identical grooves.
Durch den invertiert symmetrischen Aufbau der beiden Sternschaltungen und der einfach ausführbaren, exakt gleichen Ansteuerung (zueinander inverse Pulsmuster für die beiden Sternschaltungen) ergeben sich in den jeweiligen Nuten genau die gleichen elektrischen Ströme, wodurch zum einen die Auswirkungen der magnetische Kopplung zwischen den Sternschaltungen minimiert wird und zum anderen die Phasenströme der beiden Sternschaltungen betragsmäßig annähernd gleich groß sind.Due to the inverted symmetrical structure of the two star circuits and the easily executable, exactly the same control (mutually inverse pulse pattern for the two star circuits) result in the respective grooves exactly the same electrical currents, whereby on the one hand the effects of the magnetic coupling between the star circuits is minimized and on the other hand, the phase currents of the two star circuits in magnitude are approximately equal.
Durch die Anwendung der oben genannten Doppelstern-Drehstrommaschine können die Spannungsausnutzung erhöht und somit die Motorleistung signifikant gesteigert werden, ohne dabei die Anzahl der Leistungshalbleiterschalter zu erhöhen. Der damit gebundene zusätzliche Aufwand zur Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter ist überschaubar.The use of the above-mentioned double-star three-phase machine can increase the voltage utilization and thus significantly increase the motor power without increasing the number of power semiconductor switches. The associated additional effort to control the power semiconductor switches is manageable.
Durch die Anwendung von mindestens zwei voneinander getrennten, invertierten Sternschaltungen in einer Drehstrommaschine und die entsprechende (inverse) Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter der Wechselrichter kann auch die Einschränkung des maximalen Modulationsgrades durch eine „Lowside“-Strommessung in Grenzen gehalten werden, sodass die maximale Systemleistung und der Systemwirkungsgrad der Antriebsanordnung weitgehend aufrechterhalten werden können.Through the use of at least two separate, inverted star circuits in a three-phase machine and the corresponding (inverse) control of the power semiconductor switches of the inverter, the limitation of the maximum modulation depth can be limited by a "lowside" current measurement, so that the maximum system performance and the System efficiency of the drive assembly can be largely maintained.
Zusammengefasst ermöglicht die oben beschriebene Lösung eine Systemkostenverringerung bei einer gleichgebliebenen oder gesteigerten Leistung durch eine geschickte Kombination von „Lowside“-Strommessung, Drehstrommaschine mit zwei zueinander invertiert symmetrisch ausgebildeten bzw. angeschlossenen Wicklungssystemen und der damit ermöglichten zueinander inversen Ansteuerung der Sternschaltungen.In summary, the solution described above allows a system cost reduction at a constant or increased power by a clever combination of "lowside" current measurement, three-phase machine with two mutually inverted symmetrically formed or connected winding systems and thus enabled each other inverse control of the star circuits.
Dank der „Lowside“-Strommessung und der damit gebundenen langen Einschwingdauer der Auswerteschaltung können vergleichsweise günstige Bauelemente für die Auswerteschaltung der Strommessung ausgewählt werden.Thanks to the "lowside" current measurement and the associated long settling time of the evaluation circuit, comparatively favorable components for the evaluation circuit of the current measurement can be selected.
Da in jeder Schaltperiode bei mindestens einem der beiden Wicklungssysteme mindestens ein Phasenstrom gemessen werden kann, kann auch ein Modulationsverfahren im Übermodulationsbereich bis hin zum Blockbetrieb realisiert werden. Es muss also kein aufwändiges Modell zur Stromprädiktion im Übermodulationsbereich erstellt und getestet werden (für Zeitbereiche, in denen sonst nur 1 von 3 Phasenströme gemessen werden kann), welches aus Sicht der funktionalen Sicherheit ohnehin problematisch ist. Damit kann die Spannungsausnutzung voll ausgeschöpft werden und die Systemleistung sowie der Systemwirkungsgrad maximiert werden.Since at least one phase current can be measured in at least one of the two winding systems in each switching period, a modulation method in the overmodulation range up to the block operation can also be realized. Thus, no complex model for current prediction in the overmodulation range has to be created and tested (for time ranges in which otherwise only 1 of 3 phase currents can be measured), which from a functional safety standpoint is problematic anyway. Thus, the voltage utilization can be fully utilized and the system performance and system efficiency can be maximized.
Damit ist es möglich, eine elektrische Antriebsanordnung hinsichtlich der Kosten und Funktionalität zu optimieren.This makes it possible to optimize an electrical drive arrangement in terms of cost and functionality.
Die oben beschriebene elektrische Antriebsanordnung kann in einem 48 Volt Bordnetz zum Antrieb eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs verwendet werden.The electric drive arrangement described above can be used in a 48 volt electrical system for driving a hybrid electric / electric vehicle.
Der zuvor genannte negativspannungsseitige Strompfad („Lowside“-Strompfad) eines Wechselrichters ist bspw. ein Strompfad zwischen einem negativspannungsseitigen Halbleiterschalter einer der Halbbrücken des Wechselrichters und einem negativspannungsseitigen Stromanschluss bzw. dem Massestromanschluss des Wechselrichters.The aforesaid negative-voltage-side current path ("lowside" current path) of an inverter is, for example, a current path between a negative-voltage-side semiconductor switch of one of the half-bridges of the inverter and a negative-voltage-side current connection or the ground-current connection of the inverter.
Bspw. sind die ersten Wicklungen des ersten Wicklungssystems und die jeweiligen, mit diesen ersten Wicklungen korrespondierenden zweiten Wicklungen des zweiten Wicklungssystems paarweise jeweils in ein- und derselben Wicklungsnut, oder in zwei benachbarten Wicklungsnuten, oder in zwei zueinander korrespondierenden Wicklungsnuten der Drehstrommaschine angeordnet. Damit sind die zueinander symmetrischen und zueinander invertiert angeschlossenen und somit zueinander korrespondierenden Wicklungspaaren der beiden Wicklungssysteme sind paarweise in ein- und derselben Wicklungsnut, oder in zwei benachbarten Wicklungsnuten, oder in zwei zueinander korrespondierenden Wicklungsnuten der Drehstrommaschine angeordnet.For example. the first windings of the first winding system and the respective second windings of the second winding system corresponding to these first windings are arranged in pairs in one and the same winding groove, or in two adjacent winding grooves, or in two mutually corresponding winding grooves of the three-phase machine. Thus, the mutually symmetrical and mutually inverted connected and thus mutually corresponding pairs of windings of the two winding systems are arranged in pairs in one and the same winding groove, or in two adjacent winding grooves, or in two mutually corresponding winding grooves of the three-phase machine.
Bspw. sind das erste und das zweite Wicklungssystem jeweils als eine Sternschaltung ausgebildet. Dabei sind die Wicklungen der ersten Sternschaltung und die korrespondierenden Wicklungen der zweiten Sternschaltung paarweise in ein- und derselben Wicklungsnut, oder in zwei benachbarten Wicklungsnuten, oder in zwei zueinander korrespondierenden Wicklungsnuten der Drehstrommaschine gewickelt bzw. angeordnet, jedoch sind die zweiten Wicklungen der zweiten Sternschaltung gegenüber den jeweiligen korrespondierenden, ersten Wicklungen der ersten Sternschaltung invertiert angeschlossen.For example. For example, the first and second winding systems are each configured as a star connection. The windings of the first star connection and the corresponding windings of the second star connection are wound in pairs in one and the same winding groove, or in two adjacent winding grooves, or in two mutually corresponding winding grooves of the three-phase machine, but the second windings are opposite the second star connection inverted connected to the respective corresponding, first windings of the first star connection.
Alternativ sind das erste und das zweite Wicklungssystem bspw. jeweils als eine Dreieckschaltung ausgebildet.Alternatively, the first and the second winding system, for example, each formed as a delta connection.
Bspw. und insb. im Falle, dass die beiden Wicklungssysteme als Sternschaltungen ausgebildet sind, weisen die ersten Wicklungen jeweils ein erstes Wicklungsende auf, wobei die ersten Wicklungsenden der ersten Wicklungen miteinander (insb. direkt) elektrisch verbunden sind und somit den Sternpunkt des ersten Wicklungssystems bzw. der ersten Sternschaltung ausbilden. Analog weisen die zweiten Wicklungen bspw. jeweils ein erstes, mit dem jeweiligen ersten Wicklungsende der jeweiligen korrespondierenden ersten Wicklungen korrespondierendes Wicklungsende auf, wobei die ersten Wicklungsenden der zweiten Wicklungen jeweils mit einer der jeweiligen korrespondierenden Phasenleitungen des zweiten Wechselrichters (insb. direkt) elektrisch verbunden sind.For example. In particular, in the case where the two winding systems are designed as star circuits, the first windings each have a first winding end, wherein the first winding ends of the first windings are electrically connected to each other (especially directly) and thus the star point of the first winding system or train the first star connection. Analogously, the second windings, for example, each have a first winding end corresponding to the respective first winding end of the respective corresponding first windings, wherein the first Winding ends of the second windings are each electrically connected to one of the respective corresponding phase lines of the second inverter (esp. Direct).
Bspw. weisen die ersten Wicklungen jeweils ein zweites, dem jeweiligen korrespondierenden ersten Wicklungsende entgegengesetzt liegendes Wicklungsende auf, wobei die zweiten Wicklungsenden der ersten Wicklungen jeweils mit einer der jeweiligen korrespondierenden Phasenleitungen des ersten Wechselrichters (insb. direkt) elektrisch verbunden sind. Analog weisen die zweiten Wicklungen bspw. jeweils ein zweites, dem jeweiligen korrespondierenden ersten Wicklungsende entgegengesetzt liegendes Wicklungsende auf, wobei die zweiten Wicklungsenden miteinander (insb. direkt) elektrisch verbunden sind und somit den Sternpunkt des zweiten Wicklungssystems bzw. der zweiten Sternschaltung ausbilden.For example. The first windings each have a second winding end opposite the corresponding first winding end, wherein the second winding ends of the first windings are electrically connected (in particular directly) to one of the respective corresponding phase lines of the first inverter. Analogously, the second windings have, for example, in each case a second winding end opposite the corresponding first winding end, the second winding ends being electrically connected to one another (in particular directly) and thus forming the neutral point of the second winding system or the second star connection.
Dabei sind die Sternpunkte der beiden Wicklungssysteme bzw. Sternschaltungen nicht direkt miteinander elektrisch verbunden. Das heißt, die beiden Sternpunkte sind lediglich über die jeweiligen Phasenleitungen und ferner über die beiden Wechselrichter miteinander elektrisch verbunden.The star points of the two winding systems or star circuits are not directly connected to each other electrically. That is, the two star points are electrically connected only via the respective phase lines and further via the two inverters.
Bspw. umfasst die Antriebsanordnung ferner eine Betriebskontrolleinheit zum Betrieb bzw. zum Steuern der beiden Wechselrichter, die eingerichtet ist, den ersten Wechselrichter mit einem ersten Pulsmuster und den zweiten Wechselrichter mit einem zweiten Pulsmuster anzusteuern, wobei die beiden Pulsmuster zueinander invers sind. Hierbei bedeutet ein Pulsmuster ein Signalverlauf eines Signals, insb. Positionen und Dauer von Impulsen eines pulsweitenmodulierten Signals in den jeweiligen Signalperioden, zum Betreiben der Halbleiterschalter der der jeweiligen Wicklungssysteme bzw. Sternschaltungen. Die Bezeichnung „Pulsmuster zueinander invers“ bedeutet, dass die Signalverläufe, insb. die Positionen und die Dauer von Impulsen der beiden pulsweitenmodulierten Signale bzw. deren Impuls- bzw. Signalflanken in den jeweiligen korrespondierenden Signalperioden zueinander invers sind bzw. invers verlaufen.For example. The drive arrangement further comprises an operation control unit for operating or controlling the two inverters, which is set up to drive the first inverter with a first pulse pattern and the second inverter with a second pulse pattern, the two pulse patterns being inverse to each other. Here, a pulse pattern means a waveform of a signal, esp. Positions and duration of pulses of a pulse width modulated signal in the respective signal periods, for operating the semiconductor switches of the respective winding systems or star circuits. The term "pulse pattern to each other inverse" means that the signal waveforms, esp. The positions and the duration of pulses of the two pulse width modulated signals or their pulse or signal edges in the respective corresponding signal periods are inverse to each other or inverse.
Bspw. ist die Betriebskontrolleinheit ferner eingerichtet, die beiden Wechselrichter mit pulsweitenmodulierten (und zueinander inversen) Steuersignalen zu betreiben.For example. the operation control unit is further configured to operate the two inverters with pulse width modulated (and mutually inverse) control signals.
Bspw. ist der Strommesser ferner eingerichtet, den Phasenstrom zum Signalperiodenanfang oder zur Signalperiodenmitte der jeweiligen Signalperioden des Steuersignals zu messen.For example. the current meter is further arranged to measure the phase current at the beginning of the signal period or the signal period center of the respective signal periods of the control signal.
Bspw. ist der Strommesser ferner eingerichtet, den Phasenstrom während einer Signalperiode des Steuersignals zu messen, dessen Tastgrad kleiner oder gleich 0,5 ist.For example. the current meter is further arranged to measure the phase current during a signal period of the control signal whose duty cycle is less than or equal to 0.5.
Bspw. umfasst die Antriebsanordnung ferner mindestens zwei Strommesser, die jeweils in einem negativspannungsseitigen Strompfad jeweils eines der beiden Wechselrichter verteilt elektrisch angeschlossen sind. Dabei sind die beiden Strommesser eingerichtet, jeweils einen durch einen der negativspannungsseitigen Strompfade der jeweiligen Wechselrichter fließenden Phasenstrom zu messen. Die Betriebskontrolleinheit ist ferner bspw. eingerichtet, basierend auf den beiden, von den beiden Strommessern gemessenen Phasenströmen die restlichen (insb. vier) Phasenströme zu berechnen und die Pulsmuster basierend auf den beiden gemessenen und den berechneten Phasenströmen zu ermitteln.For example. The drive assembly further comprises at least two ammeters, each of which is electrically connected in a negative voltage-side current path in each case one of the two inverters distributed. In this case, the two current meters are set up to measure one phase current flowing through one of the negative-voltage-side current paths of the respective inverters. The operation control unit is further configured, for example, to calculate the remaining (in particular four) phase currents based on the two phase currents measured by the two current meters and to determine the pulse patterns based on the two measured and calculated phase currents.
Bspw. umfasst die Antriebsanordnung ferner sechs Strommesser, die jeweils in jedem der negativspannungsseitigen Strompfad jeweils eines der beiden Wechselrichter verteilt elektrisch angeschlossen sind und eingerichtet sind, jeweils einen durch den jeweiligen korrespondierenden negativspannungsseitigen Strompfad der jeweiligen Wechselrichter fließenden Phasenstrom zu messen. In diesem Fall ist die Betriebskontrolleinheit bspw. ferner eingerichtet, basierend auf den von den jeweiligen Strommessern gemessenen, sechs Phasenströmen die Pulsmuster zu ermitteln.For example. The drive assembly further comprises six ammeters each electrically connected in each of the negative voltage side current paths of each of the two inverters and configured to measure one phase current flowing through the respective corresponding negative voltage side current path of the respective inverters. In this case, for example, the operation control unit is further configured to determine the pulse patterns based on the six phase currents measured by the respective current meters.
Dabei sind die Strommesser bspw. ferner eingerichtet, die jeweiligen Phasenströme zum Signalperiodenanfang oder zur Signalperiodenmitte der jeweiligen Signalperioden der jeweiligen korrespondierenden Steuersignale zu messen. Insb. sind die Strommesser ferner eingerichtet, die jeweiligen Phasenströme während der jeweiligen Signalperioden der jeweiligen korrespondierenden Steuersignale zu messen, deren jeweiligen Tastgrade kleiner oder gleich 0,5 sind.In this case, the current meters are, for example, also configured to measure the respective phase currents at the beginning of the signal period or at the signal period center of the respective signal periods of the respective corresponding control signals. Esp. the current meters are further arranged to measure the respective phase currents during the respective signal periods of the respective corresponding control signals whose respective duty cycles are less than or equal to 0.5.
Figurenlistelist of figures
Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung bezugnehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 in einer schematischen Darstellung eine Antriebsanordnung mit einer Doppelstern-Drehstrommaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; -
2 in einer schematischen Darstellung die beiden Sternschaltungen der Doppelstern-Drehstrommaschine aus1 ; und -
3 in einem schematischen Signaldiagram Signalverläufe der Steuersignale zum Betreiben der Antriebsanordnung.
-
1 in a schematic representation of a drive arrangement with a double star three-phase machine according to an embodiment of the invention; -
2 in a schematic representation of the two star circuits of the double star three-phase machine1 ; and -
3 in a schematic signal diagram waveforms of the control signals for operating the drive assembly.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung: Detailed description of the drawing:
Die Antriebsanordnung
Die Antriebsanordnung
Die beiden Wechselrichter
Der erste Wechselrichter
The first inverter
Der erste Wechselrichter
Die ersten Halbbrücken umfassen ferner jeweils einen Strommesser
Analog umfasst der zweite Wechselrichter
Der zweite Wechselrichter
Die zweiten Halbbrücken umfassen ebenfalls jeweils einen Strommesser
Die Strommesser
Durch die „Lowside“-Strommessung bzw. die negativspannungsseitige Anordnung der Strommesser
Die Antriebsanordnung
Die Drehstrommaschine
Die beiden Sternschaltungen
Die erste Sternschaltung
Dabei weisen die ersten Wicklungen
This is shown by the first windings
Ferner weisen die ersten Wicklungen
Die zweite Sternschaltung
Dabei weisen die zweiten Wicklungen
Ferner weisen die zweiten Wicklungen
Damit sind die beiden Sternschaltungen
Dadurch die beiden Sternschaltungen
Die Antriebsanordnung
Die Betriebskontrolleinheit BK ist steuersignalausgangsseitig mit jeweiligen Steueranschlüssen der Leistungshalbleiterschalter
Nachdem der Aufbau der Antriebsanordnung
Der Betrieb der Antriebsanordnung
Dabei erfolgt die Regelung der Drehmaschine DM bspw. mithilfe von Raumzeigermodulation, wobei die zur Raumzeigermodulation erforderliche Phasenströme der jeweiligen Phasenleitungen
In
Dabei weisen die zweiten Steuersignale
Durch den symmetrischen Aufbau und zugleich den invertierten Anschluss der beiden Sternschaltungen
Zur Vermeidung bzw. Reduzierung von Oberwellen in den gemessenen Phasenströmen und somit zur Erhöhung der Messgenauigkeit wird als Messzeitpunkt Anfangszeitpunkt (t = 0) bzw. die zeitliche Mitte (t =T/2) der jeweiligen Signalperioden ausgewählt.To avoid or reduce harmonics in the measured phase currents and thus to increase the measurement accuracy, the starting time (t = 0) or the time center (t = T / 2) of the respective signal periods is selected as the measurement time.
Durch den invertierten Aufbau ergeben sich Pulsmuster, bei denen mindestens drei von sechs Steuersignalen Su, Sv, Sw bzw. Sx, Sy, Sz einen Tastgrad von kleiner als oder gleich 50% aufweisen.The inverted structure results in pulse patterns in which at least three of six control signals Su, Sv, Sw or Sx, Sy, Sz have a duty cycle of less than or equal to 50%.
Dadurch werden die sonst mit der „Lowside-“Strommessung verbundene Nachteile vermieden.This avoids the disadvantages otherwise associated with "low side" current measurement.
Insb. können durch die oben beschriebene Ausführung in den jeweiligen Schalterperioden selbst bei großen Modulationsgraden zwei oder mehr Phasenströme zeitgleich und in längerer Zeitphase gemessen werden. Eine Einschränkung des maximalen Modulationsgrades durch eine „Lowside“-Strommessung und somit auch der maximalen Systemleistung und des Systemwirkungsgrads lässt sich somit vermeiden.Esp. For example, two or more phase currents can be measured at the same time and in a longer time phase by the embodiment described above in the respective switch periods even with large degrees of modulation. A restriction of the maximum degree of modulation by a "lowside" current measurement and thus also the maximum system performance and the system efficiency can thus be avoided.
Dies ermöglicht eine Systemkostenverringerung bei einer zeitgleichen Leistungssteigerung.This allows a system cost reduction with a simultaneous increase in performance.
Durch die Kombination von dem zueinander invertierten Anschluss der zwei zueinander symmetrisch aufgebauten Sternschaltungen
- - Durch die lange Einschwingdauer der Auswerteschaltungen der „Lowside“-Strommessung können günstigere Bauteile für Strommessung ausgewählt werden;
- - Durch die Aufteilung der Leistungshalbleiterschalter
S11 ,S13 ,S15 ,S12 ,S14 ,S16 ,S21 ,S23 ,S25 ,S22 ,S24 ,S26 auf sechs Phasen von zwei SternschaltungenSS1 ,SS2 statt drei Phasen einer Sternschaltung können diese besser ausgenutzt werden. Dadurch ergibt sich eine höhere Systemleistung bei der gleichen Gesamtanzahl der Leistungshalbleiterschalter; - - Da in jeder Schaltperiode mindestens bei einer Sternschaltung
SS1 und/oderSS2 mindestens zwei Phasenströme gemessen werden, können auch Modulationsverfahren im Übermodulationsbereich bis hin zum Blockbetrieb realisiert werden. Es muss also kein aufwändiges Modell zur Stromprädiktion im Übermodulationsbereich erstellt und getestet werden (für die Zeitbereiche, in der sonst nur einer von den drei Phasenströmen gemessen werden kann), welches ohnehin problematisch ist aus der Sicht der funktionalen Sicherheit. Somit kann die Spannungsausnutzung voll ausgeschöpft werden und die Systemleistung sowie der Systemwirkungsgrad maximiert werden.
- - Due to the long settling time of the evaluation circuits of the "Lowside" current measurement, more favorable components for current measurement can be selected;
- - By the division of the power semiconductor switch
S11 .S13 .S15 .S12 .S14 .S16 .S21 .S23 .S25 .S22 .S24 .S26 on six phases of two star circuitsSS1 .SS2 Instead of three phases of a star connection, these can be better utilized. This results in a higher system performance with the same total number of power semiconductor switches; - - Since in each switching period at least one star connection
SS1 and orSS2 At least two phase currents can be measured, modulation methods in the overmodulation range up to the block operation can be realized. Thus, no elaborate model for current prediction in the overmodulation range has to be created and tested (for the time ranges in which only one of the three phase currents can otherwise be measured), which is problematic anyway from the point of view of functional safety. Thus, the voltage utilization can be fully exploited and the system performance and system efficiency can be maximized.
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