DE102018217051A1 - Method for providing an alternating voltage by means of several alternating or frequency converters connected in parallel - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer Wechselspannung in Pulsbreitenmodulation mittels mehrerer, parallel geschalteter Wechsel- oder Frequenzumrichter, wobei die Wechsel- oder Frequenzumrichter derart zueinander zeitversetzt angesteuert werden, dass eine ausgegebene Schaltfrequenz (1/T) der parallel geschalteten Wechsel- oder Frequenzumrichter höher ist als eine ausgegebene Schaltfrequenz (1/T) eines einzelnen Wechsel- oder Frequenzumrichters.The invention relates to a method for providing an alternating voltage in pulse width modulation by means of a plurality of alternating or frequency converters connected in parallel, the alternating or frequency converters being actuated in such a way that the output switching frequency (1 / T) of the parallel connected alternating or frequency converters is higher is an output switching frequency (1 / T) of a single AC or frequency converter.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer Wechselspannung in Pulsbreitenmodulation mittels mehrerer, parallel geschalteter Wechsel- oder Frequenzumrichter.The present invention relates to a method for providing an alternating voltage in pulse width modulation by means of a plurality of alternating or frequency converters connected in parallel.

Stand der TechnikState of the art

Ein Elektromotor als Teil eines elektrischen Antriebs kann mittels eines Wechsel- oder Frequenzumrichters betrieben werden, worüber ihm eine geeignete Wechselspannung, meist in Pulsbreitenmodulation, bereitgestellt wird. Solche Wechsel- bzw. Frequenzumrichter können dabei Teil einer Steuer- und/oder Regeleinheit sein oder zusammen mit einer solchen verwendet werden. Beispielsweise kann ein Frequenzumrichter mit veränderbarer Schaltfrequenz verwendet werden, um die Drehzahl eines Drehstrommotors zu regeln.An electric motor as part of an electric drive can be operated by means of an AC or frequency converter, which provides it with a suitable AC voltage, usually in pulse width modulation. Such inverters or frequency converters can be part of a control and / or regulating unit or can be used together with one. For example, a frequency converter with a variable switching frequency can be used to regulate the speed of a three-phase motor.

Bei einem hohen Bedarf an elektrischer Leistung für einen elektrischen Antrieb oder eine Kombination mehrerer elektrischer Antriebe können mehrere solcher Wechsel- oder Frequenzumrichter parallel geschaltet werden. Hierzu kann ein entsprechender Bus oder eine entsprechende Leitung verwendet werden, um deren Ansteuerung zu synchronisieren.If there is a high demand for electrical power for an electrical drive or a combination of several electrical drives, several such inverters or frequency converters can be connected in parallel. A corresponding bus or line can be used to synchronize their control.

Gerade bei Wechsel- oder Frequenzumrichter mit hoher Leistung werden typischer Weise IGBTs als Schaltelemente verwendet, um die gewünschte Frequenz der Wechselspannung bereitzustellen. IGBTs für hohe Ströme sind typischerweise jedoch hinsichtlich ihrer maximalen Schaltfrequenz begrenzt. Insofern ist es üblich, für solche Anwendungen spezielle elektrische Antriebe mit zugehörigem Wechselrichter zu konstruieren.IGBTs are typically used as switching elements in particular in the case of high-performance AC or frequency converters in order to provide the desired frequency of the AC voltage. However, high current IGBTs are typically limited in their maximum switching frequency. In this respect, it is common to design special electric drives with associated inverters for such applications.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Bereitstellen einer Wechselspannung in Pulsbreitenmodulation sowie eine Recheneinheit zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for providing an alternating voltage in pulse width modulation and a computing unit for carrying it out are proposed with the features of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the subclaims and the following description.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer Wechselspannung in Pulsbreitenmodulation mittels mehrerer, parallel geschalteter Wechsel- oder Frequenzumrichter (bzw. allgemein Stromrichter). Hiermit kann insbesondere ein Elektromotor betrieben bzw. versorgt werden. Bei einem solchen Elektromotor kann es sich beispielsweise um einen Drehstrommotor handeln. Ebenso kann die bereitgestellte Wechselspannung wieder in eine Gleichspannung gewandelt werden, d.h. es wird ein Gleichspannungswandler oder DC-DC-Steller gebildet.The invention relates to a method for providing an alternating voltage in pulse width modulation by means of a plurality of alternating or frequency converters (or generally converters) connected in parallel. This can be used to operate or supply an electric motor in particular. Such an electric motor can be, for example, a three-phase motor. Likewise, the AC voltage provided can be converted back into a DC voltage, i.e. a DC-DC converter or DC-DC converter is formed.

Wie eingangs erwähnt, ist eine maximale Schaltfrequenz bei solchen Wechsel- oder Frequenzumrichtern gerade bei hohen elektrischen Leistungen und damit hohen Strömen begrenzt. Es wurde nun erkannt, dass durch eine zeitversetzte Ansteuerung der parallel geschalteten Wechsel- oder Frequenzumrichter, und zwar insbesondere solchen, bei denen IGBTs (Insulated-Gate-Bipolar-Transistor) als Schaltelemente (zum Steuern des ausgegebenen Wechselstroms) verwendet werden, insgesamt eine höhere Schaltfrequenz erreicht werden kann als mit einem einzelnen Wechsel- oder Frequenzumrichter bzw. mehreren zeitsynchron angesteuerten Wechsel- oder Frequenzumrichtern. Mit anderen Worten wird also vorgeschlagen, die Wechsel- oder Frequenzumrichter derart zueinander zeitversetzt anzusteuern, dass eine ausgegebene Schaltfrequenz der parallel geschalteten Wechsel- oder Frequenzumrichter höher ist als eine ausgegebene Schaltfrequenz eines einzelnen Wechsel- oder Frequenzumrichters. Insbesondere ist die ausgegebene Schaltfrequenz der parallel geschalteten Wechsel- oder Frequenzumrichter um einen Faktor, der der Anzahl der Wechselrichter entspricht, höher als die ausgegebene Schaltfrequenz eines einzelnen Wechsel- oder Frequenzumrichters.As mentioned at the beginning, a maximum switching frequency is limited in such AC or frequency converters, especially with high electrical powers and thus high currents. It has now been recognized that a time-shifted actuation of the inverters or frequency converters connected in parallel, in particular those in which IGBTs (insulated gate bipolar transistors) are used as switching elements (for controlling the alternating current output), results in a higher overall Switching frequency can be achieved as with a single AC or frequency converter or several time-synchronously controlled AC or frequency converters. In other words, it is proposed to control the inverters or frequency converters with a time offset such that an output switching frequency of the inverters or frequency converters connected in parallel is higher than an output switching frequency of a single AC or frequency converter. In particular, the output switching frequency of the inverters or frequency converters connected in parallel is higher than the output switching frequency of an individual inverter or frequency converter by a factor which corresponds to the number of inverters.

Ein besonderer Vorteil hiervon ist nun, dass eine modulare Verwendung von Wechsel- oder Frequenzumrichtern möglich ist, die jeweils für sich genommen keine hohe Schaltfrequenz und auch keine besonders hohe elektrische Leistung zur Verfügung stellen können müssen. Damit wird mit wenigen Typen von Wechsel- oder Frequenzumrichtern ein breites Anwendungsspektrum eröffnet. Zweckmäßige Anwendungen sind hierzu beispielsweise Hochgeschwindigkeitsspindeln, Kinetic-Buffer-Speicher und dergleichen.A particular advantage of this is that a modular use of AC or frequency inverters is possible, which in each case does not have to be able to provide a high switching frequency or a particularly high electrical power. This opens up a wide range of applications with just a few types of inverters or frequency converters. Appropriate applications are, for example, high-speed spindles, kinetic buffer storage and the like.

Ein weiterer Vorteil ist, dass Ausgangsdrosseln bzw. Ausgangsfilter für höhere Ausgangsfrequenzen kleiner und billiger hergestellt werden können. Des Weiteren ist der Betrieb von niederinduktiven Motoren (z.B. spezielle Linearmotoren) möglich. Durch die Erhöhung der Schaltfrequenz kann auch eine höhere Regeldynamik erreicht werden. In Funktion als Gleichspannungswandler können sie beispielsweise als Batterielader für Speicherbatterien (z.B. Auto-, Bus- und Energiespeicher-Batterie) verwendet werden. Teststände zum Testen von Batterien oder Brennstoffzellen sowie deren Simulation sind weitere Anwendungsgebiete.Another advantage is that output chokes or output filters for higher output frequencies can be made smaller and cheaper. It is also possible to operate low-induction motors (e.g. special linear motors). Increased switching dynamics can also be achieved by increasing the switching frequency. In function as a DC converter, they can be used, for example, as a battery charger for storage batteries (e.g. car, bus and energy storage batteries). Test stands for testing batteries or fuel cells and their simulation are further areas of application.

Zweckmäßig ist hierbei, wenn die Wechsel- oder Frequenzumrichter gleichmäßig zueinander zeitversetzt angesteuert werden, d.h. dass die Wechsel- oder Frequenzumrichter einerseits nacheinander und andererseits mit jeweils gleichem zeitlichem Abstand zwischen zwei nacheinander angesteuerten Wechsel- oder Frequenzumrichtern angesteuert werden. Vorzugsweise weisen die steigenden Flanken im Ausgangssignal der Wechselrichter paarweise gleiche Abstände auf.It is expedient here if the inverters or frequency inverters are actuated evenly with a time delay, ie that the inverters or frequency inverters are in succession on the one hand and on the other hand with the same time interval between two successively actuated inverters or frequency inverters can be controlled. The rising edges in the output signal of the inverters preferably have the same spacing in pairs.

Zudem ist es zweckmäßig, wenn die Wechsel- oder Frequenzumrichter derart angesteuert werden, dass ihr Tastverhältnis bzw. ihr Tastgrad zwischen 0 und 1 geteilt durch eine Anzahl der parallel geschalteten Wechsel- oder Frequenzumrichter beträgt.In addition, it is expedient if the inverters or frequency converters are controlled in such a way that their duty cycle or duty cycle is between 0 and 1 divided by a number of the inverters or frequency converters connected in parallel.

Für einen Einsatz im Rahmen der Erfindung eignen sich insbesondere Stromrichter bzw. Stellgeräte aus der elektrischen Antriebstechnik bzw. allgemein Stromrichter mit eigener PWM-Einheit und eigenem PWM-Timer und vorzugsweise einem Parallelschaltungsbus. Diese lassen sich entsprechend einfach synchronisieren. Insbesondere kann über den Parallelschaltungsbus auch automatisch die Anzahl der parallel geschalteten Wechsel- bzw. Frequenzumrichter bzw. deren Leistungsteile und deren Position in der Parallelschaltungskette erkannt werden.In particular, converters or actuators from electrical drive technology or generally converters with their own PWM unit and PWM timer and preferably a parallel connection bus are suitable for use in the context of the invention. These can be easily synchronized accordingly. In particular, the number of inverters or frequency converters connected in parallel or their power units and their position in the parallel connection chain can also be automatically recognized via the parallel connection bus.

Wie schon erwähnt, können gerade bei hohen elektrischen Leistungen keine hohen Schaltfrequenzen erreicht werden. Insofern ist das vorgeschlagene Verfahren insbesondere bei Wechsel- oder Frequenzumrichtern vorteilhaft, deren elektrische Leistung jeweils wenigstens 100 kW beträgt und/oder deren Schaltfrequenz jeweils höchstens 10 kHz beträgt.As already mentioned, high switching frequencies cannot be achieved, especially with high electrical outputs. In this respect, the proposed method is particularly advantageous in the case of AC or frequency converters whose electrical power is at least 100 kW and / or whose switching frequency is at most 10 kHz.

Vorzugsweise wird, wenn mittels der Wechselspannung in Pulsbreitenmodulation ein Elektromotor betrieben wird, dieser unter Verwendung der Wechsel- oder Frequenzumrichter hinsichtlich einer Größe geregelt. Bei einer solchen Größe kann es sich beispielsweise um eine Drehzahl oder ein Drehmoment des Elektromotors handeln.Preferably, if an electric motor is operated by means of the alternating voltage in pulse width modulation, the size of the electric motor is controlled using the alternating or frequency converter. Such a variable can be, for example, a speed or a torque of the electric motor.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuer- und oder Regelgerät für einen Elektromotor, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention, e.g. a control and / or regulating device for an electric motor, in particular in terms of programming, set up to carry out a method according to the invention.

Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of a method according to the invention in the form of a computer program with program code for carrying out all method steps is also advantageous since this causes particularly low costs, in particular if an executing control device is still used for further tasks and is therefore present anyway. Suitable data carriers for providing the computer program are in particular magnetic, optical and electrical memories, such as Hard drives, flash memory, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the accompanying drawing.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically in the drawing using exemplary embodiments and is described in detail below with reference to the drawing.

FigurenlisteFigure list

  • 1a und 1b zeigen schematisch verschiedene Anordnung mit Wechselrichtern, mit denen ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. 1a and 1b show schematically different arrangement with inverters with which a method according to the invention can be carried out.
  • 2 zeigt eine PWM-Periode bei Durchführung eines nicht erfindungsgemäßen Verfahrens. 2nd shows a PWM period when performing a method not according to the invention.
  • 3 zeigt eine Ansteuerung von Wechselrichtern bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform. 3rd shows a control of inverters when performing a method according to the invention in a preferred embodiment.
  • 4 zeigt PWM-Perioden bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform. 4th shows PWM periods when performing a method according to the invention in a preferred embodiment.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

In 1a ist schematisch eine Anordnung 100 mit beispielhaft drei Wechselrichtern 121, 122 und 123 sowie einem Elektromotor 150 gezeigt, mit welcher ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist.In 1a is a schematic arrangement 100 with three inverters as an example 121 , 122 and 123 and an electric motor 150 shown with which a method according to the invention can be carried out.

Die drei Wechselrichter 121, 122 und 123 sind mit jeweils entsprechenden Eingangsanschlüssen an einen gemeinsamen Gleichspannungsanschluss 101 und mit jeweils entsprechenden Ausgangsanschlüssen an einen gemeinsamen Wechselspannungsanschluss 102 angeschlossen. Über den Wechselspannungsanschluss 102 sind die Wechselrichter 121, 122 und 123 mit dem Elektromotor 150 verbunden.The three inverters 121 , 122 and 123 are with corresponding input connections to a common DC voltage connection 101 and with respective corresponding output connections to a common AC voltage connection 102 connected. Via the AC voltage connection 102 are the inverters 121 , 122 and 123 with the electric motor 150 connected.

Über einen gemeinsamen Bus 105 sind die Wechselrichter 121, 122 und 123 mit einer als Steuer- und/oder Regeleinheit ausgebildeten Recheneinheit 110 verbunden, über die sie auf geeignete Weise angesteuert werden können.Via a shared bus 105 are the inverters 121 , 122 and 123 with a computing unit designed as a control and / or regulating unit 110 connected, via which they can be controlled in a suitable manner.

Anzumerken ist, dass der Wechselrichter 123 hierbei gestrichelt dargestellt ist, um aufzuzeigen, dass die Wechselrichter hinsichtlich ihrer Anzahl beliebig parallel geschaltet werden können, sozusagen also modular verwendet werden können. Denkbar ist beispielsweise eine Anzahl von zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben oder acht Wechselrichter. Ebenso sind auch noch mehr Wechselrichter denkbar.It should be noted that the inverter 123 is shown in dashed lines to show that the number of inverters can be connected in parallel as required, so that they can be used in a modular manner For example, a number of two, three, four, five, six, seven or eight inverters is conceivable. Likewise, even more inverters are conceivable.

In 1b ist schematisch eine Anordnung 200 mit beispielhaft zwei Wechselrichtern 121 und 122 gezeigt, mit welcher ebenfalls ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. Die Anordnung der Wechselrichter entspricht im Grunde derjenigen in 1a, mit der Ausnahme dass zur zwei statt drei Wechselrichter gezeigt sind.In 1b is a schematic arrangement 200 with two inverters as an example 121 and 122 shown, with which a method according to the invention can also be carried out. The arrangement of the inverters basically corresponds to that in 1a , with the exception that two instead of three inverters are shown.

Die Wechselspannungsanschlüsse der Wechselrichter 121 und 122 sind jedoch zusammengeschaltet und an eine Drossel 160 angeschlossen. Damit kann ein Gleichspannungsanschluss 103 bereitgestellt werden, wobei der negative Pol einfach vom Gleichspannungsanschluss 101 verwendet werden kann. Die Anordnung 200 bildet damit einen Gleichspannungswandler bzw. einen DC-DC-Steller. Aufgrund der sich ergebenden hohen Ausgangsfrequenz kann insbesondere eine Drossel mit geringer Induktivität eingesetzt werden, was besonders platzsparend und kostengünstig ist.The AC voltage connections of the inverters 121 and 122 are however interconnected and connected to a choke 160 connected. This allows a DC voltage connection 103 be provided, the negative pole simply from the DC voltage connection 101 can be used. The order 200 thus forms a DC-DC converter or a DC-DC converter. Due to the resulting high output frequency, a choke with low inductance can be used, which is particularly space-saving and inexpensive.

In 2 ist eine PWM-Periode bei Durchführung eines nicht erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Hierzu ist ein PWM-Signal über der Zeit t aufgetragen. Mit T0 ist dabei eine Periodendauer eines einzelnen Wechselrichters, wie er an sich beispielsweise auch in 1 gezeigt ist, dargestellt. Die zugehörige Schaltfrequenz ist damit 1/T0.In 2nd a PWM period is shown when performing a method not according to the invention. For this purpose, a PWM signal is plotted over time t. With T 0 is a period of a single inverter, as it is also known per se 1 is shown. The associated switching frequency is therefore 1 / T 0 .

Mit Ton und Toff sind dabei die Zeitdauern angegeben, in denen am entsprechenden Ausgang eine Spannung anliegt (mit 1 bezeichnet) bzw. nicht anliegt (mit 0 bezeichnet). Ein zugehöriges Tastverhältnis bzw. ein Tastgrad (oder engl. Duty Cycle) eines solchen PWM-Signals errechnet sich dabei über Ton/(Ton+Toff) und beträgt im gezeigten Beispiel 0,5.With T on and T off the periods of time are specified in which a voltage is present at the corresponding output (denoted by 1) or not present (denoted by 0). An associated duty cycle or duty cycle (or duty cycle) of such a PWM signal is calculated using T on / (T on + T off ) and is 0.5 in the example shown.

Im herkömmlichen Fall mehrerer, parallel geschalteter Wechselrichter - die Anordnung kann an sich dann auch wie in 1a oder 1b gezeigt sein - werden die einzelnen Wechselrichter dann synchron angesteuert, d.h. die einzelnen PWM-Signale entsprechen einander. Damit ändert sich die Schaltfrequenz mehrerer gemeinsam betriebener Wechselrichter nicht gegenüber einem einzelnen Wechselrichter, während sich aber die elektrischen Leistungen addieren. Für eine solche Synchronisierung sind Parallelschaltungsbusse bekannt.In the conventional case of several inverters connected in parallel - the arrangement itself can also be as in 1a or 1b be shown - the individual inverters are then controlled synchronously, ie the individual PWM signals correspond to one another. This means that the switching frequency of several inverters operated together does not change compared to a single inverter, but the electrical outputs add up. Parallel circuit buses are known for such synchronization.

In 3 ist eine Ansteuerung von Wechselrichtern bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Hierzu sind die PWM-Signale, die von beispielhaft sechs Wechselrichtern ausgegeben werden und hier mit W1 bis W6 bezeichnet sind, übereinander und über einer Zeit t mit einer durchgehenden Linie dargestellt.In 3rd A control of inverters when performing a method according to the invention is shown in a preferred embodiment. For this purpose are the PWM signals, which are output by six inverters as an example and here with W 1 to W 6 are shown one above the other and over a time t with a continuous line.

Die einzelnen Wechselrichter werden hierbei gleichmäßig zeitversetzt angesteuert und zwar jeweils beispielhaft mit einem Tastverhältnis von 0,5 geteilt durch die Anzahl sechs der Wechselrichter, d.h. mit einem Tastverhältnis von 1/12. Dieses Tastverhältnis ergibt sich entsprechend als T'on/(T'on+T'off), wobei T'on und T'off dabei die Zeitdauern angegeben, in denen am entsprechenden Ausgang des jeweiligen Wechselrichters eine Spannung anliegt bzw. nicht anliegt.The individual inverters are actuated evenly with a time delay, each with a duty cycle of 0.5 divided by the number of six inverters, that is, with a duty cycle of 1/12. This duty cycle results accordingly as T ' on / (T' on + T ' off ), where T' on and T ' off the time periods are specified in which a voltage is or is not present at the corresponding output of the respective inverter.

Der Zeitversatz beträgt hierbei T1=T0/6, wodurch sich ergibt, dass eine Periodendauer eines einzelnen Wechselrichters weiterhin T0 beträgt, wobei T0=T'on+T'off gilt. Die Schaltfrequenz eines einzelnen Wechselrichters ändert sich dadurch also nicht.The time offset here is T 1 = T 0/6 , which means that a period of an individual inverter continues T 0 is, where T 0 = T ' on + T' off applies. The switching frequency of an individual inverter does not change as a result.

Herkömmliche Wechselrichter bzw. Antriebsregelgeräte besitzen eine eigene PWM-Einheit mit eigenem PWM-Timer und einem Parallelschaltungsbus. Insbesondere kann über den Parallelschaltungsbus auch automatisch die Anzahl der parallel geschalteten Wechsel- bzw. Frequenzumrichter bzw. deren Leistungsteile und deren Position in der Parallelschaltungskette erkannt werden.Conventional inverters or drive control units have their own PWM unit with their own PWM timer and a parallel connection bus. In particular, the number of inverters or frequency converters connected in parallel or their power units and their position in the parallel connection chain can also be automatically recognized via the parallel connection bus.

Bei beispielhaft sechs parallel geschaltete Leistungsteilen kann jedem eine eindeutige Kennung (z.B. PWM 1, PWM 2, ..... PWM 6) zugewiesen werden. Nun kann die PWM-Frequenz mit der Anzahl der Leistungsteile multipliziert werden (im Beispiel ist die PWM-Frequenz (PWM1 ... PWM6) jedes Leistungsteils das Sechsfache der PWM-Grundfrequenz). Über den Parallelschaltungsbus werden die PWM-Einheiten (PWM1...PWM6) im Grund-PWM-Takt synchronisiert. Da jedes Leistungsteil eine eigene Kennung und Position in der Parallelschaltung hat, ist jedem Leistungsteil ein PWM-Zyklus zugeordnet, an dem die Ausgänge geschaltet werden (im Beispiel PWM1 bei Zyklus 1, PWM 2 bei Zyklus 2 usw.)With six power sections connected in parallel, each can be assigned a unique identifier (e.g. PWM 1, PWM 2, ..... PWM 6). Now the PWM frequency can be multiplied by the number of power units (in the example the PWM frequency (PWM1 ... PWM6) of each power unit is six times the basic PWM frequency). The PWM units (PWM1 ... PWM6) are synchronized in the basic PWM cycle via the parallel connection bus. Since each power section has its own identifier and position in the parallel connection, each power section is assigned a PWM cycle on which the outputs are switched (in the example, PWM1 for cycle 1, PWM 2 for cycle 2, etc.)

Die Ansteuerung erfolgt dabei über ein Signal eines PWM-Timers, das mit einer gestrichelten Linie dargestellt ist. Ein solches Signal steigt von einem ersten Wert linear bis zu einem zweiten Wert an, fällt dann linear wieder ab. Bei Überschreiten eines Schwellwerts wird das zugehörige PWM-Signal gestartet, bei Unterschreiten eines - ggf. weiteren - Schwellwerts wird das zugehörige PWM-Signal gestoppt.It is controlled by a signal from a PWM timer, which is shown with a broken line. Such a signal rises linearly from a first value to a second value, then falls linearly again. If a threshold value is exceeded, the associated PWM signal is started, and if a threshold value is undershot, if appropriate, the associated PWM signal is stopped.

Im Vergleich zur Erzeugung eines Grundsignals, wie es in 2 gezeigt ist und wozu das zugehörige Signal des PWM-Timers mit W0 bezeichnet ist, ist die Frequenz des Signals des PWM-Timers damit nur ein Sechstel. Jeder Wechselrichter erzeugt jedoch nur bei der ihm aufgrund seiner Reihenfolge zugeordneten Position ein PWM-Signal, da andernfalls die Schaltfrequenz eines einzelnen Wechselrichters erhöht würde, was in der Praxis aufgrund der hohen Verluste nicht durchführbar wäre. Die Signale des PWM-Timers können - ggf. auch mit dem Grundsignal - zu einem Zeitpunkt to synchronisiert werden.Compared to the generation of a basic signal, as described in 2nd is shown and what the associated signal of the PWM timer with W 0 is designated, the frequency of the signal of the PWM timer is therefore only one sixth. However, each inverter only generates a PWM signal at the position assigned to it because of its sequence, since otherwise the switching frequency of an individual inverter would be increased, which would not be possible in practice due to the high losses. The signals of the PWM timer can - if necessary also be synchronized with the basic signal - at a point in time to.

In 4 sind nun PWM-Perioden bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Insbesondere entspricht dieses PWM-Signal einer Überlagerung der in 3 gezeigten, sechs einzelnen PWM-Signale, wie es am gemeinsamen Wechselspannungsanschluss anliegt. Die Periodendauer dieses gemeinsamen PWM-Signals entspricht einem Sechstel der Periodendauer T0 eines einzelnen Wechselrichters und beträgt hier T1 , was im gezeigten Fall auch dem Zeitversatz entspricht. Mit anderen Worten weisen die steigenden Flanken im Ausgangssignal der Wechselrichter paarweise denselben Abstand T1 auf. Die zugehörige Schaltfrequenz ist damit 1/T1=6*1/T0.In 4th PWM periods are now shown in a preferred embodiment when carrying out a method according to the invention. In particular, this PWM signal corresponds to a superimposition of the in 3rd shown, six individual PWM signals as it is present at the common AC voltage connection. The period of this common PWM signal corresponds to one sixth of the period T 0 of a single inverter and is here T 1 , which also corresponds to the time offset in the case shown. In other words, the rising edges in the output signal of the inverters have the same distance in pairs T 1 on. The associated switching frequency is therefore 1 / T 1 = 6 * 1 / T 0 .

Durch die vorgeschlagene Ansteuerung mehrerer, parallel geschalteter Wechselrichter (oder Frequenzumrichter) kann also eine höhere Schaltfrequenz als mit einem einzelnen Wechselrichter bzw. einer herkömmlichen Ansteuerung parallel geschalteter Wechselrichter - bei zugleich höherer elektrischer Leistung - erreicht werden. Damit wird der Einsatz- bzw. Anwendungsbereich zum einen deutlich erhöht, zum anderen ergibt sich eine besonders flexible, modulare Anwendung mit beispielsweise nur wenigen Typen von Wechselrichtern.The proposed control of a plurality of inverters (or frequency converters) connected in parallel can thus achieve a higher switching frequency than with a single inverter or a conventional control of inverters connected in parallel - with a simultaneously higher electrical output. On the one hand, the area of application is significantly increased, on the other hand, there is a particularly flexible, modular application with, for example, only a few types of inverters.

Claims (12)

Verfahren zum Bereitstellen einer Wechselspannung in Pulsbreitenmodulation mittels mehrerer, parallel geschalteter Wechsel- oder Frequenzumrichter (121, 122, 123), dadurch gekennzeichnet, dass die Wechsel- oder Frequenzumrichter (121, 122, 123) derart zueinander zeitversetzt angesteuert werden, dass eine ausgegebene Schaltfrequenz (1/T1) der parallel geschalteten Wechsel- oder Frequenzumrichter (121, 122, 123) höher ist als eine ausgegebene Schaltfrequenz (1/T0) eines einzelnen Wechsel- oder Frequenzumrichters (121, 122, 123).Method for providing an alternating voltage in pulse width modulation by means of a plurality of alternating or frequency inverters (121, 122, 123) connected in parallel, characterized in that the alternating or frequency inverters (121, 122, 123) are actuated with a time offset in such a way that an output switching frequency (1 / T 1 ) of the alternating or frequency converters (121, 122, 123) connected in parallel is higher than an output switching frequency (1 / T 0 ) of an individual alternating or frequency converter (121, 122, 123). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Wechsel- oder Frequenzumrichter (121, 122, 123) gleichmäßig zueinander zeitversetzt angesteuert werden.Procedure according to Claim 1 , The inverters or frequency inverters (121, 122, 123) being actuated evenly with a time delay. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wechsel- oder Frequenzumrichter (121, 122, 123) derart angesteuert werden, dass ihr Tastverhältnis zwischen 0 und 1 geteilt durch eine Anzahl der parallel geschalteten Wechsel- oder Frequenzumrichter (121, 122, 123) beträgt.Procedure according to Claim 1 or 2nd , The inverters or frequency inverters (121, 122, 123) being controlled in such a way that their duty cycle is between 0 and 1 divided by a number of the inverters or frequency inverters (121, 122, 123) connected in parallel. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine elektrische Leistung der Wechsel- oder Frequenzumrichter (121, 122, 123) jeweils wenigstens 100 kW beträgt.Method according to one of the preceding claims, wherein an electrical power of the AC or frequency converter (121, 122, 123) is in each case at least 100 kW. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Schaltfrequenz der Wechsel- oder Frequenzumrichter (121, 122, 123) jeweils höchstens 10 kHz beträgt.Method according to one of the preceding claims, wherein a switching frequency of the AC or frequency converter (121, 122, 123) is in each case at most 10 kHz. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in den Wechsel- oder Frequenzumrichtern (121, 122, 123) IGBTs als Schaltelemente verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, wherein IGBTs are used as switching elements in the AC or frequency inverters (121, 122, 123). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mittels der Wechselspannung in Pulsbreitenmodulation ein Elektromotor betrieben wird.Method according to one of the preceding claims, wherein an electric motor is operated by means of the alternating voltage in pulse width modulation. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Elektromotor (150) unter Verwendung der Wechsel- oder Frequenzumrichter (121, 122, 123) hinsichtlich einer Größe geregelt wird.Procedure according to Claim 7 The size of the electric motor (150) is controlled using the AC or frequency converter (121, 122, 123). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die bereitgestellte Wechselspannung in Pulsbreitenmodulation, insbesondere unter Verwendung einer Speicherdrossel, in eine Gleichspannung gewandelt wird.Procedure according to one of the Claims 1 to 6 , wherein the AC voltage provided is converted into a DC voltage in pulse width modulation, in particular using a storage choke. Anordnung aus mehreren, parallel geschalteten Wechsel- oder Frequenzumrichtern (121, 122, 123) und einer Recheneinheit (110), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Arrangement of several, alternating or frequency converters (121, 122, 123) connected in parallel and a computing unit (110), which is set up to carry out a method according to one of the preceding claims. Computerprogramm umfassend Befehle, die bewirken, dass die Anordnung des Anspruchs 10 die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausführt.Computer program comprising commands that cause the arrangement of the Claim 10 the process steps according to one of the Claims 1 to 9 executes. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 11.Machine-readable storage medium with a computer program stored on it Claim 11 .
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