DE102020003802A1 - Method and system with a DC voltage intermediate circuit supported by a DC / DC converter from an energy store and a power supply unit - Google Patents
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Abstract
wobei zur Entladung des Energiespeichers dem Widerstand R eine zeitlich konstante elektrische Leistung P dauerhaft, insbesondere während einer Zeitspanne T, zugeführt wird, insbesondere bis zum praktisch vollständigen Entladen des Widertands,insbesondere wobei die Zeitspanne T größer ist als die Zeitkonstante des durch eine an den Widerstand zugeführte, zeitlich konstante, elektrische Dauerleistung bewirkten Temperaturanstiegs des Widerstands R.where a temporally constant electrical power P is continuously supplied to the resistor R to discharge the energy store, in particular during a period of time T, in particular until the resistor is almost completely discharged, in particular where the period of time T is greater than the time constant of the one applied to the resistor The continuous electrical power supplied, which is constant over time, causes the temperature of the resistance R to rise.
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren und ein System mit einem über einen DC/DC-Wandler aus einem Energiespeicher gestützten Gleichspannungszwischenkreis und einem Netzteil.The invention relates to a method and a system with a DC voltage intermediate circuit supported by a DC / DC converter from an energy store and a power supply unit.
Es ist allgemein bekannt, dass Bremswiderstände verwendet werden, um die im generatorischen Betrieb von Elektromotoren erzeugte Energie zu verringern, damit das Entstehen gefährlich hoher Spannungen verhindert wird.It is well known that braking resistors are used to reduce the energy generated by electric motors in generator mode, so that dangerously high voltages are prevented.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System möglichst sicher zu machen.The invention is therefore based on the object of making a system as safe as possible.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1 oder 2 und bei dem System nach den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention, the object is achieved in the method according to the features specified in
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren nach Anspruch 1 zum Betreiben des Systems sind, dass das System mit einem über einen DC/DC-Wandler aus einem Energiespeicher gestützten Gleichspannungszwischenkreis und einem aus einem Wechselspannungsversorgungsnetz und aus dem Zwischenkreis versorgbaren Netzteil, das eine Kleinspannung, insbesondere 24 Volt, zur Verfügung stellt, vorgesehen ist, wobei der DC/DC-Steller derart betrieben wird, dass
- - der DC/DC-Wandler an seinem ersten Anschluss in einem ersten Betriebszustand, insbesondere und bei betriebsbereitem Wechselspannungsversorgungsnetz, eine erste Spannung bereitstellt,
- - wobei der DC/DC-Wandler an seinem ersten Anschluss in einem zweiten Betriebszustand, insbesondere und bei erkanntem Netzausfall, also Ausfall des Wechselspannungsversorgungsnetzes, eine zweite Spannung bereitstellt,
wobei die zweite Spannung kleiner als die die Mindestspannung ist,
insbesondere wobei ein aus dem ersten Anschluss des DC/DC-Wandler versorgter Wechselrichter abgeschaltet wird, wenn die an diesem ersten Anschluss anliegende Spannung kleiner als die Mindestspannung ist.Important features of the invention in the method according to
- - The DC / DC converter provides a first voltage at its first connection in a first operating state, in particular and when the AC voltage supply network is ready for operation,
- - wherein the DC / DC converter provides a second voltage at its first connection in a second operating state, in particular and when a power failure is detected, i.e. failure of the AC voltage supply network,
where the second voltage is smaller than the minimum voltage,
in particular wherein an inverter supplied from the first connection of the DC / DC converter is switched off when the voltage applied to this first connection is less than the minimum voltage.
Von Vorteil ist dabei, dass das Netzteil nach dem Netzausfall noch möglichst lange Zeit die Kleinspannung zur Verfügung stellt und somit die vom Netzteil versorgten Signalelektronikbereiche der Module betriebsbereit haltbar sind. Somit ist die Sicherheit erhöht, da die durch die jeweiligen Signalelektronikbereiche ausgeführten Überwachungs- und Sicherheitsfunktionen möglichst lange betriebsbereit sind.The advantage here is that the power supply unit still provides the low voltage for as long as possible after the power failure and thus the signal electronics areas of the modules supplied by the power supply unit can be kept ready for operation. This increases security, since the monitoring and security functions carried out by the respective signal electronics areas are ready for operation for as long as possible.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren nach Anspruch 2 sind, dass das System mit einem Versorgungsmodul, einem Wechselrichter, einem DC/DC-Wandler, einem Energiespeicher und einem Netzteil ausgeführt ist,
wobei der gleichspannungsseitige Anschluss des einen Gleichrichter aufweisenden Versorgungsmoduls elektrisch parallel geschaltet ist zum gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters und zum ersten Anschluss des DC/DC-Wandlers, an dessen zweiten Anschluss der Energiespeicher angeschlossen ist,
wobei der wechselspannungsseitige Anschluss des Gleichrichters von einem Wechselspannungsversorgungnetz gespeist ist,
wobei von einem ersten gleichspannungsseitigen Anschluss des Netzteils eine Kleinspannung, insbesondere 24 Volt, dem Versorgungsmodul, dem DC/DC-Wandler und dem Wechselrichter zugeführt wird,
wobei ein wechselspannungsseitiger Anschluss des Netzteils vom Wechselspannungsversorgungsnetz gespeist ist,
wobei ein zweiter gleichspannungsseitiger Anschluss des Netzteils parallel zum gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls geschaltet ist,
wobei in einem ersten Betriebszustand, insbesondere und bei betriebsbereitem Wechselspannungsversorgungsnetz, der DC/DC-Wandler an seinem ersten Anschluss eine erste Spannung bereitstellt,
wobei in einem zweiten Betriebszustand, insbesondere und bei erkanntem Netzausfall, also Ausfall des Wechselspannungsversorgungsnetzes, der DC/DC-Wandler an seinem ersten Anschluss eine zweite Spannung bereitstellt,
wobei die erste Spannung größer als eine Mindestspannung, insbesondere 400 Volt, ist, wobei die zweite Spannung kleiner als die eine Mindestspannung ist,
wobei der Wechselrichter abgeschaltet wird, wenn die an seinem gleichspannungsseitigen Anschluss anliegende Spannung kleiner als die Mindestspannung ist.Important features of the invention in the method according to
wherein the DC voltage side connection of the supply module having a rectifier is electrically connected in parallel to the DC voltage side connection of the inverter and to the first connection of the DC / DC converter, to whose second connection the energy store is connected,
wherein the AC voltage side connection of the rectifier is fed from an AC voltage supply network,
wherein a low voltage, in particular 24 volts, is fed to the supply module, the DC / DC converter and the inverter from a first DC-side connection of the power supply unit,
an AC voltage-side connection of the power supply unit is fed from the AC voltage supply network,
wherein a second DC voltage-side connection of the power supply unit is connected in parallel to the DC voltage-side connection of the supply module,
wherein in a first operating state, in particular and when the AC voltage supply network is ready for operation, the DC / DC converter provides a first voltage at its first connection,
wherein in a second operating state, in particular and when a network failure is detected, i.e. failure of the AC voltage supply network, the DC / DC converter provides a second voltage at its first connection,
wherein the first voltage is greater than a minimum voltage, in particular 400 volts, wherein the second voltage is less than the minimum voltage,
wherein the inverter is switched off when the voltage applied to its DC voltage-side connection is less than the minimum voltage.
Von Vorteil ist dabei, dass das Netzteil nach dem Netzausfall noch möglichst lange Zeit die Kleinspannung zur Verfügung stellt und somit die vom Netzteil versorgten Signalelektronikbereiche der Module betriebsbereit haltbar sind. Somit ist die Sicherheit erhöht, da die durch die jeweiligen Signalelektronikbereiche ausgeführten Überwachung- und Sicherheitsfunktionen möglichst lange betriebsbereit sind.The advantage here is that the power supply unit still provides the low voltage for as long as possible after the power failure and thus the signal electronics areas of the modules supplied by the power supply unit can be kept ready for operation. This increases safety, since the monitoring and safety functions carried out by the respective signal electronics areas are ready for operation for as long as possible.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Sensoren zur Netzausfallerkennung im Versorgungsmodul angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die Information über den Netzausfall direkt am Wechselspannungsversorgungsnetz erkennbar ist und mittel Datenbusverbindung an die zum Datenaustausch verbundenen Busteilnehmer weitermeldbar ist, insbesondere auch an den DC/DC-Wandler, der dann abhängig von der Information den Betriebszustand einstellt. Hierbei ist also wichtig, dass die Messtechnik zur Erkennung des Netzausfalls in einem anderen Gerät angeordnet ist als in dem DC/DC-Wandler. Diese Messtechnik wird ansonsten für die Funktion und Betriebsweise des Versorgungsmoduls benötigt, da dieses einen am gleichspannugnsseitigen Anschluss des Gleichrichters des Versorgungsmoduls angeordneten DC/DC-Steller aufweist, so dass der Leistungsfluss vom Gleichrichter in den Zwischenkreis steuerbar ist.In an advantageous embodiment, sensors for network failure detection are arranged in the supply module. The advantage here is that the information about the power failure can be recognized directly on the AC voltage supply network and means data bus connection to the bus subscribers connected for data exchange can be reported, in particular also to the DC / DC converter, which then sets the operating state depending on the information. It is therefore important that the measurement technology for detecting the power failure is located in a different device than in the DC / DC converter. This measurement technology is otherwise required for the function and mode of operation of the supply module, since it has a DC / DC converter arranged on the DC / DC connection of the rectifier of the supply module, so that the power flow from the rectifier into the intermediate circuit can be controlled.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zur Entladung des Energiespeichers einem Widerstand R, insbesondere Bremswiderstand, eine zeitlich konstante elektrische Leistung P dauerhaft, insbesondere während einer Zeitspanne T, zugeführt wird, insbesondere bis zum praktisch vollständigen Entladen des Widerstands,
insbesondere wobei die Zeitspanne T größer ist als die Zeitkonstante des durch eine an den Widerstand zugeführte, zeitlich konstante, elektrische Dauerleistung bewirkten Temperaturanstiegs des Widerstands R.In an advantageous embodiment, to discharge the energy store, a resistor R, in particular a braking resistor, is supplied with an electrical power P which is constant over time, in particular during a period of time T, in particular until the resistor is practically completely discharged,
in particular wherein the time period T is greater than the time constant of the temperature rise of the resistor R caused by a constant electrical power supplied to the resistor.
Von Vorteil ist dabei, dass der Widerstand nicht nur kurzzeitig mit Leistung beaufschlagt wird, um die Zwischenkreisspannung abzusenken, sondern dauerhaft mit einer möglichst großen Leistung P beaufschlagt wird. Diese Leistung ist vorzugsweise derart groß, dass der Widerstand gerade noch nicht zerstört wird. Somit ist die maximal zulässige Leistung dauerhaft an die Umgebung als Wärme abführbar. Mittels dieser erfindungsgemäßen Methode ist ein möglichst kleiner Widerstandswert verwendbar, also eine schnelle Entladung des Energiespeichers ausführbar. Solche Entladungen sind im Transportfall sowie im Servicefall wichtig.The advantage here is that power is not only applied to the resistor for a short time in order to lower the intermediate circuit voltage, but that the greatest possible power P is applied permanently. This power is preferably so great that the resistor is just not destroyed. Thus, the maximum permissible power can be permanently dissipated to the environment as heat. By means of this method according to the invention, the smallest possible resistance value can be used, that is to say rapid discharge of the energy store can be carried out. Such discharges are important in the case of transport and service.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die an einer aus dem Widerstand und einem steuerbaren Halbleiterschalter, insbesondere Brems-Chopper, gebildeten Reihenschaltung anliegende Spannung U erfasst,
wobei die Reihenschaltung entweder direkt von der vom Energiespeicher zur Verfügung gestellten Spannung gespeist wird oder über einen DC/DC-Wandler aus der vom Energiespeicher zur Verfügung gestellten Spannung gespeist wird,
wobei dem steuerbaren Halbleiterschalter ein pulsweitenmoduliertes Ansteuersignal mit einem Pulsweitenmodulationsverhältnis zugeführt wird, das vom dem Wert der erfassten Spannung abhängig ist,
insbesondere wobei das Pulsweitenmodulationsverhältnis gemäß (1 / U) * (P * R) ^ ½ bestimmt ist. Von Vorteil ist dabei, dass abhängig von der Spannung das Pulsweitenmodulationsverhältnis verändert wird, insbesondere bei absinkender Spannung vergrößert wird.In an advantageous embodiment, the voltage U present at a series circuit formed from the resistor and a controllable semiconductor switch, in particular a brake chopper, is detected,
The series connection is either fed directly from the voltage made available by the energy store or is fed from the voltage made available by the energy store via a DC / DC converter,
wherein the controllable semiconductor switch is supplied with a pulse-width-modulated control signal with a pulse-width modulation ratio that is dependent on the value of the detected voltage,
in particular where the pulse width modulation ratio is determined according to (1 / U) * (P * R) ^ ½. The advantage here is that the pulse width modulation ratio is changed as a function of the voltage, in particular is increased when the voltage drops.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der steuerbare Halbeliterschalter dauerhaft geschlossen, wenn die Spannung U einen Schwellwert unterschreitet, insbesondere wobei der Schwellwert (P * R) ^ ½ ist. Somit ist ein besonders schnelles Tiefentladen ermöglicht, wenn die maximal dem Widerstand zuführbare Leistung im zulässigen Bereich ist. Eine Pulsweitenmodulation wird dann also vermieden.In an advantageous embodiment, the controllable half-liter switch is permanently closed when the voltage U falls below a threshold value, in particular where the threshold value is (P * R) ^ ½. This enables particularly fast deep discharge when the maximum power that can be fed to the resistor is in the permissible range. Pulse width modulation is then avoided.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das System ein einen netzgespeisten Gleichrichter umfassendes Versorgungsmodul auf, dessen gleichspannungsseitiger Anschluss mit dem gleichspannungsseitigen Anschluss eines Wechselrichters verbunden ist und mit dem ersten Anschluss eines DC/DC-Wandlers,
wobei der zweite Anschluss des DC/DC-Wandlers mit dem die Spannung U bereitstellenden Anschluss des Energiespeichers verbunden ist,
wobei am wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters ein Elektromotor, insbesondere Drehstrommotor, angeschlossen ist. Von Vorteil ist dabei, dass das System einen Energiespeicher aufweist, welcher generatorisch erzeugte Energie des Elektromotors abpuffert und somit bei motorischer Leistungsentnahme aus dem Zwischenkreis den Leistungsbezug aus dem Wechselspannungsversorgungsnetz klein hält.In an advantageous embodiment, the system has a supply module comprising a mains-fed rectifier, the DC voltage side of which is connected to the DC voltage side connection of an inverter and to the first connection of a DC / DC converter,
wherein the second connection of the DC / DC converter is connected to the connection of the energy store providing the voltage U,
wherein an electric motor, in particular a three-phase motor, is connected to the connection on the AC voltage side of the inverter. The advantage here is that the system has an energy storage device which buffers the energy generated by the electric motor as a generator and thus keeps the power consumption from the AC voltage supply network small when motor power is drawn from the intermediate circuit.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters und dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls ein DC/DC-Steller angeordnet ist,
welcher den Leistungsfluss vom , Gleichrichter zur aus Widerstand R und steuerbarem Halbeliterschalter gebildeten Reihenschaltung stoppt während des Entladens des Energiespeichers,
insbesondere so dass auf demjenigen Leistungsmodul, auf welchem die Dioden des Gleichrichters und den steuerbaren Halbeliterschalter integriert angeordnet sind, beim Entladen Wärme erzeugt wird durch entweder den steuerbaren Halbleiterschalter oder alternativ durch die Dioden des Gleichrichters. Von Vorteil ist dabei, dass der Leistungsfluss vom Wechselspannungsversorgungnetz zum Zwischenkreis hin unterbrechbar ist. Dies ist insbesondere beim Entladen wichtig.In an advantageous embodiment, a DC / DC converter is arranged between the DC voltage side connection of the rectifier and the DC voltage side connection of the supply module,
which stops the power flow from the rectifier to the series circuit formed by the resistor R and the controllable half-liter switch while the energy store is being discharged,
in particular so that on the power module on which the diodes of the rectifier and the controllable half-liter switch are integrated, heat is generated during discharging by either the controllable semiconductor switch or alternatively by the diodes of the rectifier. The advantage here is that the power flow from the AC voltage supply network to the intermediate circuit can be interrupted. This is particularly important when unloading.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Wechselrichter ein Leistungsmodul auf, an welchem in Halbbrücken angeordnete steuerbare Halbleiterschalter angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass die steuerbaren Halbeliterschalter als Leistungsschalter ausführbar sind und trotzdem baulich integriert, also auf einem gemeinsamen Träger, anordenbar sind.In an advantageous embodiment, the inverter has a power module on which controllable semiconductor switches arranged in half bridges are arranged. The advantage here is that the controllable half-liter switches can be designed as circuit breakers and still be structurally integrated, that is, can be arranged on a common carrier.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Leistung P kleiner ist als die maximal vom Elektromotor über den Wechselrichter zum gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters im generatorischen Betrieb des Elektromotors rückspeisbare Leistung. Von Vorteil ist dabei, dass mittels des Enegiespeicher zwar eine dauerhaft konstante Leistung abführbar ist, aber die bei generatorischer Betriebsart überschüssige Energie im Energiespeicher gespeichert werden muss.In an advantageous embodiment, the power P is less than the maximum power that can be fed back from the electric motor via the inverter to the DC voltage-side connection of the inverter in the generator operation of the electric motor. The advantage here is that a permanently constant power can be dissipated by means of the energy store, but the excess energy in the generator operating mode must be stored in the energy store.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Pulsweitenmodulationsfrequenz des Ansteuersignals während des Zuführens der Leistung P, insbesondere während der Zeitspanne T, verändert,
insbesondere als Pulsweitenmodulationsfrequenz zeitlich nacheinander unterschiedliche insbesondere diskrete Werte verwendet werden. Von Vorteil ist dabei, dass die Geräuschemission verringerbar ist oder zumindest kein monofrequenter Ton hörbar ist, sondern die Schallenergie auf verschiedene Frequenzen aufteilbar ist. Der Klangeindruck wird somit akzeptabler.In an advantageous embodiment, the pulse width modulation frequency of the control signal is changed while the power P is being supplied, in particular during the time period T,
in particular, different, in particular discrete values can be used as the pulse width modulation frequency in chronological succession. The advantage here is that the noise emission can be reduced or at least no monofrequency tone can be heard, but the sound energy can be divided into different frequencies. The sound impression is therefore more acceptable.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der durch den Widerstand R fließende Strom I erfasst,
wobei aus der zeitlich gemittelten, über den Brems-Chopper bereitgestellten Spannung und dem zeitlich gemittelten, Strom der aktuelle Widerstandswert des Bremswiderstands bestimmt wird, insbesondere gemäß U / I,
und unter Berücksichtigung einer Kennlinie, welche die Temperaturabhängigkeit des Bremswiderstands darstellt, die aktuelle Temperatur T des jeweiligen Bremswiderstands bestimmt wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Temperatur aus der bestimmten Spannung und dem bestimmten Strom bestimmbar ist.In an advantageous embodiment, the current I flowing through the resistor R is detected,
The current resistance value of the braking resistor is determined from the time-averaged voltage provided via the brake chopper and the time-averaged current, in particular according to U / I,
and taking into account a characteristic that represents the temperature dependency of the braking resistor, the current temperature T of the respective braking resistor is determined. The advantage here is that the temperature can be determined from the specific voltage and the specific current.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird überwacht, ob die bestimmte Temperatur T des Bremswiderstands einen Schwellwert übersteigt, insbesondere wobei nach Überschreiten eine Notabschaltung des Brems-Choppers ausgeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine Zerstörung des Bremswiderstands vermeidbar ist.In an advantageous embodiment, it is monitored whether the specific temperature T of the braking resistor exceeds a threshold value, in particular wherein an emergency shutdown of the brake chopper is carried out when it is exceeded. The advantage here is that destruction of the braking resistor can be avoided.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die bestimmte Temperatur auf eine Solltemperatur hingeregelt, indem die Leistung P als Stellwert eines Reglers, insbesondere Pl-Reglers, entsprechend gestellt wird. Von Vorteil ist dabei, dass auch bei veränderter Umgebungstemperatur maximale Leistung vom Energiespeicher an die Umgebung abführbar ist.In an advantageous embodiment, the specific temperature is regulated to a setpoint temperature in that the power P is set accordingly as a control value of a controller, in particular a PI controller. The advantage here is that maximum power can be dissipated from the energy store to the environment even when the ambient temperature changes.
Wichtige Merkmale bei dem System, insbesondere zur Durchführung eines vorgenannten Verfahrens sind, dass
das System mit einem Versorgungsmodul, einem Wechselrichter, einem DC/DC-Wandler, einem Energiespeicher und einem Netzteil ausgeführt ist,
wobei der gleichspannungsseitige Anschluss des einen Gleichrichter aufweisenden Versorgungsmoduls elektrisch parallel geschaltet ist zum gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters und zum ersten Anschluss des DC/DC-Wandlers, an dessen zweiten Anschluss der Energiespeicher angeschlossen ist,
wobei der wechselspannungsseitige Anschluss des Gleichrichters von einem Wechselspannungsversorgungnetz gespeist ist,
wobei von einem ersten gleichspannungsseitigen Anschluss des Netzteils eine Kleinspannung, insbesondere 24 Volt, dem Versorgungsmodul, dem DC/DC-Wandler und dem Wechselrichter zugeführt wird,
wobei ein wechselspannungsseitiger Anschluss des Netzteils vom Wechselspannungsversorgungsnetz gespeist ist,
wobei ein zweiter gleichspannungsseitiger Anschluss des Netzteils parallel zum gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls geschaltet ist, insbesondere so, dass das Netzteil aus dem Wechselspannungsversorgungsnetz und/oder über den DC/DC-Wandler aus dem Energiespeicher versorgbar ist,
wobei der DC/DC-Wandler derart geeignet ausgeführt ist, dass
- - der DC/DC-Wandler in einem ersten Betriebszustand, insbesondere und bei betriebsbereitem Wechselspannungsversorgungsnetz, an seinem ersten Anschluss eine erste Spannung bereitstellt, und
- - der DC/DC-Wandler in einem zweiten Betriebszustand, insbesondere und bei erkanntem Netzausfall, also Ausfall des Wechselspannungsversorgungsnetzes, an seinem ersten Anschluss eine zweite Spannung bereitstellt,
wobei die erste Spannung größer als eine Mindestspannung, insbesondere 400 Volt, ist, wobei die zweite Spannung kleiner als die eine Mindestspannung ist,
insbesondere wobei der Wechselrichter derart geeignet ausgeführt ist, dass der Wechselrichter abgeschaltet wird, wenn die an seinem gleichspannungsseitigen Anschluss anliegende Spannung kleiner als die Mindestspannung ist.Important features of the system, in particular for carrying out the aforementioned method, are that
the system is designed with a supply module, an inverter, a DC / DC converter, an energy store and a power supply unit,
wherein the DC voltage side connection of the supply module having a rectifier is electrically connected in parallel to the DC voltage side connection of the inverter and to the first connection of the DC / DC converter, to whose second connection the energy store is connected,
wherein the AC voltage side connection of the rectifier is fed from an AC voltage supply network,
wherein a low voltage, in particular 24 volts, is fed to the supply module, the DC / DC converter and the inverter from a first DC-side connection of the power supply unit,
an AC voltage-side connection of the power supply unit is fed from the AC voltage supply network,
wherein a second DC voltage-side connection of the power supply is connected in parallel to the DC-side connection of the supply module, in particular so that the power supply can be supplied from the AC voltage supply network and / or via the DC / DC converter from the energy store,
wherein the DC / DC converter is designed so that
- the DC / DC converter provides a first voltage at its first connection in a first operating state, in particular and when the AC voltage supply network is ready for operation, and
- - the DC / DC converter provides a second voltage at its first connection in a second operating state, in particular and when a power failure is detected, i.e. failure of the AC voltage supply network,
wherein the first voltage is greater than a minimum voltage, in particular 400 volts, wherein the second voltage is less than the minimum voltage,
in particular, the inverter being designed in such a way that the inverter is switched off when the voltage applied to its terminal on the DC voltage side is less than the minimum voltage.
Von Vorteil ist dabei, dass das Netzteil nach dem Netzausfall noch möglichst lange Zeit die Kleinspannung zur Verfügung stellt und somit die vom Netzteil versorgten Signalelektronikbereiche der Module betriebsbereit haltbar sind.The advantage here is that the power supply unit still provides the low voltage for as long as possible after the power failure and thus the signal electronics areas of the modules supplied by the power supply unit can be kept ready for operation.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Sensoren zur Netzausfallerkennung im Versorgungsmodul angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Information über den Netzausfall direkt am Wechselspannungsversorgungsnetz erkennbar ist und mittel Datenbusverbindung an die zum Datenaustausch verbundenen Busteilnehmer weitermeldbar ist, insbesondere auch an den DC/DC-Wandler, der dann abhängig von der Information den Betriebszustand einstellt. Hierbei ist also wichtig, dass die Messtechnik zur Erkennung des Netzausfalls in einem anderen Gerät angeordnet ist als in dem DC/DC-Wandler. Diese Messtechnik wird ansonsten für die Funktion und Betriebsweise des Versorgungsmoduls benötigt, da dieses einen am gleichspannugnsseitigen Anschluss des Gleichrichters des Versorgungsmoduls angeordneten DC/DC-Steller aufweist, so dass der Leistungsfluss vom Gleichrichter in den Zwischenkreis steuerbar ist.In an advantageous embodiment, sensors for power failure detection are arranged in the supply module. The advantage here is that the information about the power failure can be recognized directly on the AC voltage supply network and via a data bus connection to the data exchange connected bus subscribers can be reported, in particular to the DC / DC converter, which then adjusts the operating state depending on the information. It is therefore important that the measurement technology for detecting the power failure is located in a different device than in the DC / DC converter. This measurement technology is otherwise required for the function and mode of operation of the supply module, since it has a DC / DC converter arranged on the DC / DC connection of the rectifier of the supply module, so that the power flow from the rectifier into the intermediate circuit can be controlled.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das System ein einen netzgespeisten Gleichrichter umfassendes Versorgungsmodul auf, dessen gleichspannungsseitiger Anschluss mit dem gleichspannungsseitigen Anschluss eines Wechselrichters des Systems verbunden ist und mit dem ersten gleichspannungsseitigen Anschluss eines DC/DC-Wandlers des Systems,
wobei der zweite gleichspannungsseitige Anschluss des DC/DC-Wandlers mit dem Energiespeicher, insbesondere Akkumulatoranordnung und/oder Doppelschichtkondensatoranordnung und/oder Ultracap-Anordnung, verbunden ist,
wobei am wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters ein Elektromotor, insbesondere Drehstrommotor, angeschlossen ist. Von Vorteil ist dabei, dass für Transportzwecke oder Wartungszwecke der Energiespeicher entladbar ist. Dieses Entladen ist schnell ausführbar, weil ein sehr niedriger Ohm'scher Widerstandswert verwendbar ist. Denn mittels Erfassung der an der Reihenschaltung anliegenden Spannung ist durch eine entsprechend geeignete Pulsweitenmodulation eine konstante Leistung an den Widerstand abführbar und auch bei tiefen Spannungen eine schnelle Entladung ausführbar.In an advantageous embodiment, the system has a supply module comprising a mains-fed rectifier, the DC voltage side connection of which is connected to the DC voltage side connection of an inverter of the system and to the first DC voltage side connection of a DC / DC converter of the system,
wherein the second DC voltage-side connection of the DC / DC converter is connected to the energy store, in particular a battery arrangement and / or double-layer capacitor arrangement and / or ultracap arrangement,
wherein an electric motor, in particular a three-phase motor, is connected to the connection on the AC voltage side of the inverter. The advantage here is that the energy store can be discharged for transport purposes or maintenance purposes. This discharging can be carried out quickly because a very low ohmic resistance value can be used. This is because by detecting the voltage applied to the series circuit, a constant power can be dissipated to the resistor by means of an appropriately suitable pulse width modulation, and rapid discharge can also be carried out at low voltages.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters und dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls ein DC/DC-Steller angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der Leistungsfluss vom Gleichrichter zum Zwischenkreis hin beeinflussbar ist, insbesondere abschaltbar. Außerdem ist das am gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters vorhandene Spannungsniveau unterschiedlich vom Zwischenkreisniveau, also vom Niveau der Spannung am gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters oder des Versorgungsmoduls.In an advantageous embodiment, a DC / DC converter is arranged between the DC voltage side connection of the rectifier and the DC voltage side connection of the supply module. The advantage here is that the power flow from the rectifier to the intermediate circuit can be influenced, in particular switched off. In addition, the voltage level present at the DC voltage side connection of the rectifier is different from the intermediate circuit level, that is to say from the level of the voltage at the DC voltage side connection of the inverter or of the supply module.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein mit dem Bremswiderstand in Reihe geschalteter steuerbarer Halbleiterschalter im Gehäuse des DC/DC-Wandlers angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der steuerbare Halbleiterschalter integriert mit der sonstigen Elektronik des DC/DC-Wandlers ausführbar ist und mit diesem dann auch entwärmbar.In an advantageous embodiment, a controllable semiconductor switch connected in series with the braking resistor is arranged in the housing of the DC / DC converter. The advantage here is that the controllable semiconductor switch can be designed to be integrated with the other electronics of the DC / DC converter and can then also be heat-dissipated with this.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein mit dem Bremswiderstand in Reihe geschalteter steuerbarer Halbleiterschalter auf einem Leistungsmodul integriert, welches in Halbbrücken angeordnete Dioden und/oder steuerbare Halbleiterschalter aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass der Gleichrichter mit dem steuerbaren Halbleiterschalter integriert und zusammen entwärmbar ausgeführt ist. Da jedoch beim Entladen des Energiespeichers mittels des Widerstands, insbesondere Bremswiderstands, der Leistungsfluss vom Gleichrichter zum Zwischenkreis hin mittels des Wandler gestoppt, insbesondere aufgetrennt ist, treten die Verlustleistungen der Dioden des Gleichrichters und die Verlustleistung des steuerbaren Halbleiterschalters nur alternativ auf.In an advantageous embodiment, a controllable semiconductor switch connected in series with the braking resistor is integrated on a power module which has diodes and / or controllable semiconductor switches arranged in half bridges. The advantage here is that the rectifier is integrated with the controllable semiconductor switch and is designed to be heatable together. However, since the power flow from the rectifier to the intermediate circuit is stopped, in particular separated, by the converter when the energy store is discharged by means of the resistor, in particular the braking resistor, the power losses of the diodes of the rectifier and the power loss of the controllable semiconductor switch occur only alternatively.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Leistungsmodul im Gehäuse des Wechselrichters oder des Versorgungsmoduls angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der steuerbare Halbleiterschalter integriert im Leistungsmodul anordenbar ist und somit die Entwärmung des steuerbaren Leistungsmoduls mit der Entwärmung des Leistungsmoduls ausführbar ist, insbesondere mittels eines Kühlkörpers, welcher die Verlustwärme der in Halbbrücken angeordneten steuerbaren Halbleiterschalter des Wechselrichters und den dem Widerstand zugeordneten, steuerbaren Halbleiterschalter an die Umgebung abführt.In an advantageous embodiment, the power module is arranged in the housing of the inverter or of the supply module. The advantage here is that the controllable semiconductor switch can be arranged integrated in the power module and thus the heat dissipation of the controllable power module can be carried out with the heat dissipation of the power module, in particular by means of a heat sink, which absorbs the heat loss of the controllable semiconductor switches of the inverter arranged in half bridges and that assigned to the resistor , controllable semiconductor switch dissipates to the environment.
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 result from the subclaims. The invention is not restricted to the combination of features of the claims. For the person skilled in the art, there are further meaningful possible combinations of claims and / or individual claim features and / or features of the description and / or the figures, in particular from the task and / or the task posed by comparison with the prior art.
Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
- In
der 1 ist ein erfindungsgemäßes System schematisch dargestellt.
- In the
1 a system according to the invention is shown schematically.
Wie in der Figur gezeigt, stellt ein von einem Wechselspannungsversorgungsnetz
An diesem Anschluss ist der gleichspannungsseitige Anschluss eines Wechselrichters
Der Wechselrichter wird von einer Steuerelektronik
Baulich sind diese Halbleiterschalter, insbesondere also sechs steuerbare Halbleiterschalter auf einem Modul integriert, auf welchem auch ein weiterer steuerbarer Halbleiterschalter integriert ist, der als Brems-Chopper bezeichenbar ist.Structurally, these semiconductor switches, in particular six controllable semiconductor switches, are integrated on a module on which a further controllable semiconductor switch is also integrated, which can be referred to as a brake chopper.
Der Brems-Chopper ist mit einem Widerstand, der als Bremswiderstand (
An dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls
Am anderen Anschluss des DC/DC-Wandlers
Der Energiespeicher
Das Versorgungsmodul
Der Gleichrichter weist vorzugsweise wiederum ein Modul auf, auf dem die Dioden des Gleichrichters integriert angeordnet sind und auf dem zusätzlich ein weiterer steuerbarer Halbleiterschalter integriert ist, der als Brems-Chopper bezeichenbar ist.The rectifier in turn preferably has a module on which the diodes of the rectifier are integrated and on which a further controllable semiconductor switch is also integrated, which can be referred to as a brake chopper.
Der Brems-Chopper ist mit einem weiteren Widerstand
Der DC/DC-Wandler
Dieser Brems-Chopper ist mit einem weiteren Widerstand
Somit sind mehrere Brems-Chopper im System vorsehbar.This means that several brake choppers can be provided in the system.
Erfindungsgemäß wird die Sicherheit des Systems erhöht, indem eine Entladung des Energiespeichers kontrolliert ausführbar wird.According to the invention, the security of the system is increased in that the energy store can be discharged in a controlled manner.
Dies ist nicht nur bei Transport des Energiespeichers
Das Entladen erfolgt derart, dass der Brems-Chopper des jeweiligen Bremswiderstands (
Diese dauerhaft bis zur praktisch vollständigen Entladung des Energiespeichers dem jeweiligen Bremswiderstand zugeführte elektrische Leistung P ist möglichst hoch vorgegeben. Vorzugsweise gleicht sie also der Nennleistung des Bremswiderstands R.This electrical power P supplied to the respective braking resistor permanently until the energy store is practically completely discharged is specified as high as possible. It is therefore preferably the same as the rated power of the braking resistor R.
Hierzu wird die Spannung U erfasst und der jeweilige Brems-Chopper vorzugsweise mit einem Pulsweitenmodulationsverhältnis (1 / U) * (P * R) ^ ½ angesteuert. Auf diese Weise bleibt die dem jeweiligen Bremswiderstand zugeführte Leistung auch bei absinkender Spannung U konstant.For this purpose, the voltage U is recorded and the respective brake chopper is preferably controlled with a pulse width modulation ratio (1 / U) * (P * R) ^ ½. In this way, the power supplied to the respective braking resistor remains constant even when the voltage U drops.
Insbesondere ist die Nennleistung, also auch die Leistung P, kleiner als die im generatorischen Betrieb des Elektromotors vom Elektromotor
Der Ohm'sche Widerstand des jeweiligen Bremswiderstandes R kann somit sehr klein gewählt werden und daher eine praktisch vollständige Entladung in kurzer Zeit erreicht werden.The ohmic resistance of the respective braking resistor R can thus be selected to be very small and therefore a practically complete discharge can be achieved in a short time.
Wenn die Spannung einen Schwellwert unterschreitet ist die Pulsweitenmodulation sogar ersetzbar durch ein dauerhaftes Schließen des steuerbaren Schalters. Auf diese Weise ist eine besonders schnelle Tiefentladung ermöglicht. Sobald dann die Spannung einen zweiten, noch kleineren Schwellwert unterschreitet, wird dann der Schalter wieder geöffnet, um die Akkumulatorzellen gegen Zerstörung zu schützen.If the voltage falls below a threshold value, the pulse width modulation can even be replaced by permanently closing the controllable switch. In this way, a particularly fast total discharge is made possible. As soon as the voltage falls below a second, even smaller threshold value, the switch is then opened again in order to protect the battery cells against destruction.
In der beschriebenen Weise ist also Energie aus dem Zwischenkreis über die Bremswiderstände (
Wenn die aus dem Bremswiderstand
Bei Entladen des Energiespeichers
Erfindungsgemäß ist ein Netzteil
Somit ist vom Netzteil
Mit der vom Netzteil
Im Normalbetrieb liegt kein Netzausfall vor. Dann setzt der DC/DC-Wandler
Unterhalb der Mindestspannung wird der Wechselrichter
Netzseitig sind am Versorgungsmodul
Bei erkanntem Netzausfall stellt der DC/DC-Wandler
Nach Erhalt der Information über das Erreichen des sicheren Zustands stellt der DC/DC-Wandler
Vorzugsweise wird von einer Signalelektronik des DC/DC-Wandlers
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird kein DC/DC-Wandler
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird der durch den jeweiligen Bremswiderstand fließende Strom erfasst und aus der über den Brems-Chopper bereitgestellten, zeitlich gemittelten Spannung sowie dem erfassten und zeitlich gemittelten Strom der aktuelle Widerstandswert des Bremswiderstands bestimmt und unter Berücksichtigung einer Kennlinie, welche die Temperaturabhängigkeit des Bremswiderstands darstellt, die aktuelle Temperatur des jeweiligen Bremswiderstands bestimmt.In further exemplary embodiments according to the invention, the current flowing through the respective braking resistor is recorded and the current resistance value of the braking resistor is determined from the time-averaged voltage provided via the brake chopper and the recorded and time-averaged current, taking into account a characteristic curve that shows the temperature dependency of the braking resistor represents the current temperature of the respective braking resistor.
Somit ist einerseits überwachbar, ob die Temperatur des Bremswiderstands einen Schwellwert übersteigt und somit eine Notabschaltung des Brems-Choppers notwendig ist. Andererseits ist alternativ eine an die bestimmte Temperatur angepasste Leistung einstellbar. Dies bedeutet, dass die Leistung P der Temperatur nachgeführt wird. Somit ist eine Änderung der Umgebungstemperatur oder eine Verschlechterung des vom Bremswiderstand an die Umgebung wirkenden Wärmeübergangswiderstands berücksichtigbar.Thus, on the one hand, it can be monitored whether the temperature of the braking resistor exceeds a threshold value and whether an emergency shutdown of the brake chopper is necessary. On the other hand, an output adapted to the specific temperature can alternatively be set. This means that the power P follows the temperature. A change in the ambient temperature or a deterioration in the heat transfer resistance acting on the environment from the braking resistor can thus be taken into account.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird keine konstante Pulsweitenmodulationsfrequenz verwendet, sondern die Pulsweitenmodulationsfrequenz wird zeitabschnittsweise oder kontinuierlich verändert. Auf diese Weise ist eine weniger störende Geräuschemission bewirkbar.In further exemplary embodiments according to the invention, a constant pulse width modulation frequency is not used, but the pulse width modulation frequency is changed continuously or in segments. In this way, less disruptive noise emission can be brought about.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- VersorgungsmodulSupply module
- 22
- WechselrichterInverter
- 33
- SteuerelektronikControl electronics
- 44th
- ElektromotorElectric motor
- 55
- DC/DC-WandlerDC / DC converter
- 66th
- EnergiespeicherEnergy storage
- 77th
- BremswiderstandBraking resistor
- 88th
- WechselspannungsversorgungsnetzAC voltage supply network
- 99
- zweiseitig versorgbares Netzteildouble-sided power supply unit
- 1010
- übergeordnete Steuerunghigher-level control
- 1111
- Busteilnehmer, insbesondere VerbraucherBus participants, especially consumers
- 1212
- BremswiderstandBraking resistor
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