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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Summenwerts aus mehreren zeitlich veränderlichen Einzelwerten sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Umrichters. Ferner betrifft die Erfindung einen Umrichter und ein Computerprogrammprodukt.
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Industrieanlagen weisen üblicherweise mehrere Aktoren auf, mittels derer eine Erstellung und/oder Bearbeitung eines Werkstücks erfolgt. Die Aktoren selbst umfassen üblicherweise zumindest einen Elektromotor, mittels dessen ein Antrieb eines weiteren Bestandteils des jeweiligen Aktors erfolgt. Um einen Verschleiß des Elektromotors zu verringern und einen Wirkungsgrad zu erhöhen, wird als Elektromotor meist ein bürstenloser Elektromotor verwendet. Somit ist zur Bestromung des Elektromotors ein Umrichter erforderlich, der als Wechselrichter wirkt. Umrichter werden ferner auch zur Bereitstellung einer Wechselspannung für weitere Anwendungen herangezogen, beispielsweise zur Einspeisung einer Gleichspannung in ein Wechselstromnetz.
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Derartige Umrichter umfassen üblicherweise eine Brückenschaltung, die mehrere Brückenzweige aufweist, die zwischen zwei elektrische Potentiale geschaltet sind. Die beiden elektrischen Potentiale sind üblicherweise konstant, sodass zwischen diesen eine elektrische Gleichspannung anliegt. Jeder der Brückenzweige weist jeweils einen Brückenausgang auf, an dem bei Betrieb des Umrichters eine zeitlich veränderliche elektrische Spannung anliegt. Sofern mittels des Umrichters ein Betrieb eines Elektromotors erfolgt, ist an jeweils einen der Brückenausgänge jeweils eine elektrische Phase des Elektromotors angeschlossen, und der Umrichter weist somit genauso viele Brückenausgänge und somit Brückenzweige auf, wie der Elektromotor Phasen umfasst. Sofern der Elektromotor drei Phasen aufweist, umfasst der Umrichter drei Brückenzweige und ist üblicherweise mittels einer B6-Schaltung realisiert oder umfasst diese zumindest.
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Meist weist jeder Brückenzweig zwei elektrisch in Reihe geschaltete Schalter auf, wobei die Reihenschaltung zwischen die beiden elektrische Potentiale geschaltet ist. Zwischen den beiden Schaltern ist ein Abgriff gebildet, der gegen den jeweiligen Brückenausgang geführt ist. Üblicherweise werden als derartige Schalter Halbleiterschalter herangezogen. Damit der mittels des Umrichters über den jeweiligen Brückenausgang abgegebene elektrische Strom auch tatsächlich zu einem gewünschten elektrischen Strom korrespondiert, ist meist zwischen den Abgriff und den Brückenausgang ein Stromsensor, wie ein Shunt, geschaltet, sodass der über den Brückenausgang geführte elektrische Strom erfasst werden kann. Zur Erfassung des elektrischen Stroms wird üblicherweise das analoge Messsignal, insbesondere die über den jeweiligen Shunt anfallende elektrische Spannung, in ein digitales Signal gewandelt, wofür ein entsprechender Wandler verwendet wird, der üblicherweise einen Sigma-Delta-Modulator umfasst.
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Derartige zwei Halbleiterschalter und einen Shunt aufweisende und entsprechend verschaltete Brückenzweige werden als gemeinsames Modul vertrieben, sodass eine Herstellung des Umrichters erleichtert ist. Die dabei bereits zur Verfügung stehende Module sind jedoch lediglich bis zu einer bestimmten Leistungsklasse vorhanden. Falls der Umrichter eine vergleichsweise große Leistung aufweisen soll, ist es nicht möglich, ein derartiges Modul zur Realisierung eines Brückenzweigs zu verwenden. In diesem Fall ist es erforderlich, dass die einzelnen Bauteile jedes Brückenzweigs separat bereitgestellt und miteinander verschaltet werden, was einen Aufwand und somit Herstellungskosten erhöht.
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Als Alternative hierzu ist es möglich, zur Realisierung eines derartigen Brückenzweiges mehrere Module elektrisch zueinander parallel zu schalten, sodass der mit jedem der Module geführte elektrische Strom reduziert ist und somit einem Bruchteil des mittels des Brückenzweigs geführte elektrische Strom entspricht.
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Damit jedoch der über den Brückenausgang geführte elektrische Strom erfasst werden kann, ist es erforderlich, einen zusätzlichen Stromsensor zu verwenden, über den sämtliche über die einzelnen Module geführte elektrischen Ströme als Summenstrom geführt wird. Folglich ist ein zusätzliches Bauteil erforderlich, was Herstellungskosten erhöht. Auch ist es erforderlich, Bauraum zur Verfügung zu stellen, und eine Verschaltung ist verkompliziert. Als Alternative ist es möglich, die mittels des jeweiligen Moduls geführten elektrischen abgegebene elektrische Ströme separat zu erfassen und diesen nachfolgend zu addieren. Somit sind genauso viele Sigma-Delta-Modulatoren erforderlich, wie Module vorhanden sind, was Herstellungskosten oder einen Ressourcenbedarf zum Betrieb erhöht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zum Ermitteln eines Summenwerts aus mehreren zeitlich veränderlichen Einzelwerten sowie ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb eines Umrichters und einen besonders geeigneten Umrichter als auch ein besonders geeignetes Computerprogrammprodukt anzugeben, wobei vorteilhafterweise Herstellungskosten und/oder ein Ressourcenbedarf verringert sind.
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Hinsichtlich des Verfahrens zum Ermitteln eines Summenwerts wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1, hinsichtlich des Verfahrens zum Betrieb eines Umrichters durch die Merkmale des Anspruchs 6, hinsichtlich des Umrichters durch die Merkmale des Anspruchs 7 und hinsichtlich des Computerprogrammprodukts durch die Merkmale des Anspruchs 8 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Das Verfahren dient dem Ermitteln eines Summenwerts aus mehreren zeitlich veränderlichen Einzelwerten. Somit ist auch der Summenwert insbesondere zeitlich veränderlich und weist mehrere einzelne Werte auf, die jeweils der Summe aus den jeweiligen Werten der Einzelwerte zu dem jeweiligen gleichen Zeitpunkt entsprechen. Insbesondere ist der Summenwert oder zumindest dessen einzelne Werte ein digitales Wort oder liegt insbesondere digital vor. Die zeitlich veränderlichen Einzelwerte sind insbesondere analoge Signale.
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Das Verfahren sieht vor, dass alle Einzelwerte mit einem ersten Takt abgetastet werden. Der erste Takt ist hierbei insbesondere konstant und weist somit eine bestimmte Frequenz auf. Als derartige Frequenzen wird vorzugsweise ein Wert zwischen 5 MHz und 25 MHz und beispielsweise 20 MHz verwendet. Insbesondere wird der erste Takt mittels eines entsprechenden ersten Taktgebers erstellt. Zum Beispiel wird mittels dessen ein Rechtecksignal bereitgestellt, wobei alle 50 ns insbesondere eine ansteigende Flanke ausgegeben wird, falls als Frequenz 20MHz herangezogen wird. Vorzugsweise erfolgt die Abtastung hierbei stets bei der ansteigenden Flanke. Somit wird alle 50 ns der Wert jedes Einzelwerts ermittelt und als jeweiliger abgetasteter Einzelwert herangezogen. Alternativ wird beispielsweise sowohl bei einer steigenden als auch einer fallenden Flanke des ersten Takts der jeweilige zeitlich veränderliche Einzelwert abgetastet.
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Zum Beispiel wird der aktuelle Wert des jeweiligen zeitlich veränderlichen Einzelwerts als jeweiliger abgetasteter Einzelwert verwendet, oder ein daraus abgeleiteter Wert. Hierfür wird insbesondere überprüft, ob der zeitlich veränderliche Einzelwert zu dem jeweiligen Zeitpunkt eine bestimmte Relation erfüllt. Vorzugsweise werden sämtliche zeitlich veränderlichen Einzelwerte zu jeweils dem gleichen Zeitpunkt abgetastet, sodass jeweils die abgetasteten Einzelwerte zum gleichen Zeitpunkt ermittelt werden. Die auf diese Weise abgetasteten Einzelwerte sind insbesondere jeweils ein Datenstrom, der lediglich zwei unterschiedliche Werte annehmen kann, und der somit jeweils binär vorliegt. Eine mögliche Änderung des Werts der abgetasteten Einzelwerte erfolgt hierbei im ersten Takt.
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In einem zweiten Arbeitsschritt werden die abgetasteten Einzelwerte nacheinander ausgewählt und in ein Ergebnisdatenstrom eingefügt. Das Auswählen erfolgt mit einem zweiten Takt, der dem Produkt aus der Anzahl an Einzelwerten und dem ersten Takt entspricht. Folglich weist der zweite Takt eine größere Frequenz als der erste Takt auf. Wenn beispielsweise der Summenwerts aus zwei zeitlich veränderlichen Einzelwerten ermittelt werden soll und der erste Takt eine Frequenz von 20 MHz aufweist, weist der zweite Takt eine Frequenz von 40 MHz auf. Falls der Summenwert aus drei unterschiedlichen zeitlich veränderlichen Einzelwerten erstellt werden soll, und die Frequenz des ersten Takts ebenfalls weiterhin 20 MHz entspricht, entspricht die Frequenz des zweiten Takts 60 MHz. Zusammenfassend ist die Frequenz des zweiten Takts gleich dem Produkt aus der Frequenz des ersten Taktes und der Anzahl der zeitlich veränderlichen Einzelwerte.
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Der zweite Takt wird vorzugsweise mittels eines entsprechenden zweiten Taktgebers erstellt. Zum Beispiel wird mittels dessen ein Rechtecksignal bereitgestellt. Aufgrund des größeren zweiten Takts werden beispielsweise zwischen zwei ansteigenden Flanken des ersten Takts sämtliche abgetastete Einzelwerte ausgewählt, sodass nach der nachfolgenden ansteigenden Flanken des ersten Takts wiederum sämtliche abgetasteten Einzelwerte ausgewählt werden (können). Somit ist der zeitliche Versatz zwischen der Position der abgetasteten Einzelwerte in dem Ergebnisdatenstrom und dem jeweiligen Zeitpunkt der Abtastung geringer als die Dauer eines Takts des ersten Takts, also beispielsweise geringer als 50 ns. Folglich ist in dem Ergebnisdatenstrom alle 25 ns jeweils ein unterschiedlicher abgetasteter Einzelwert vorhanden, sofern der erste Takt eine Frequenz von 20 MHz aufweist und zwei zeitlich veränderliche Einzelwerte für den Summenwert herangezogen werden.
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Sofern die abgetasteten Einzelwerte jeweils binäre Datenströme sind, ist auch der Ergebnisdatenstrom ein binärer Datenstrom, wobei eine Änderung des jeweiligen Werts des Ergebnisdatenstroms mit dem zweiten Takt erfolgen kann. Beispielsweise wird der Ergebnisdatenstrom als Summenwert verwendet, oder anhand des Ergebnisdatenstroms wird der Summenwert weiter berechnet, wofür insbesondere eine entsprechende Berechnungsvorschrift verwendet.
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Aufgrund des Verfahrens sind in dem Ergebnisdatenstrom die zeitlich veränderlichen Einzelwerte bereits als Summe vorhanden, sodass, sofern anhand des Ergebnisdatenstroms der Summenwert weiter berechnet werden soll, dies nicht separat für jeden der abgetasteten Einzelwerte erfolgen muss. Mit anderen Worten ist es lediglich erforderlich, den einzelnen Ergebnisdatenstrom weiter zu verarbeiten, und nicht die einzelnen zeitlich veränderliche Einzelwerte, oder die jeweils hierzu korrespondierenden abgetasteten Einzelwerte. Zusammenfassend ist ein separates Behandeln der zeitlich veränderlichen Einzelwerte und die dafür erforderlichen Objekte nicht erforderlich. Somit ist hierfür keine zusätzliche Hardware erforderlich und während der Ausführung des Verfahrens sind benötigte Ressourcen verringert. Aufgrund des Vorhandenseins der abgetasteten Einzelwerte in dem Ergebnisdatenstrom mit dem zweiten Takt, steht der Summenwert zudem schneller bereit.
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Wenn der erste Takt und der zweite Takt jeweils mittels separater Taktgeber, also mittels des ersten Taktgebers und des zweiten Taktgebers, ermittelt werden, werden diese insbesondere bei Beginn des Verfahrens synchronisiert. Somit ist eine Weiterverarbeitung vereinfacht. Alternativ hierzu erfolgt mittels des zweiten Taktgebers beispielsweise die Bereitstellung des zweiten Takts, und mittels des ersten Taktgebers erfolgt eine Auswahl des ersten Takts aus dem zweiten Takt. Wenn Rechtecksignale verwendet werden, wird mittels des ersten Taktgebers insbesondere jede zweite oder dritte ansteigende Flanke des zweiten Takts ausgewählt, sofern zwei bzw. drei zeitlich veränderliche Einzelwerte vorhanden sind. Aufgrund der Auswahl ist somit eine Komplexität des ersten Taktgebers verringert und diese sind zueinander synchronisiert. Alternativ hierzu wird beispielsweise das mittels des ersten Taktgebers erstellte Signal auch als zweiter Takt verwendet, wobei zusätzlich die fallende Flanke herangezogen wird, wohingegen die Abtastung der zeitlich veränderlichen Einzelwerten lediglich bei der steigenden Flanken des ersten Takts erfolgt. Zum Beispiel wird hierfür ein Rechtecksignal mit 50% Tastgrad verwendet.
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Besonders bevorzugt wird der Ergebnisdatenstrom mit einem digitalen Filter weiterbearbeitet, und anhand des digitalen Filters wird der Summenwert erstellt. Hierbei ist der Filter zweckmäßigerweise mit dem zweiten Takt betrieben.
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Das Filter ist insbesondere ein Delta-Sigma-Demodulator oder umfasst geeigneterweise diesen. Insbesondere weist somit das Filter einen oder mehrere Integratoren auf, die geeigneterweise hintereinander auf den Ergebnisdatenstrom angewandt werden. Mittels jedes Integrators erfolgt insbesondere eine Summenbildung, wobei der jeweils aktuelle Wert zu dem jeweils vorhergehenden Ergebnis addiert wird. Nachfolgend werden die mittels der Integratoren erstellte Integral einem Dezimator zugeführt, der aus dem Integral bestimmte Werte ausfällt, beispielsweise jeden Fünften, Achten, Zehnten oder Sechzehnten. Nachfolgend werden die mittels des Dezimators bereitgestellten Werte mittels eines oder mehrerer Differenzierer bearbeitet und somit differenziert. Das auf diese Weise erstellte Ergebnis ist insbesondere der Summenwert. Die Anzahl der Differenzierer ist vorzugsweise gleich der Anzahl der Integratoren.
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Zusammenfassend weist somit das Filter die Anzahl an Integratoren und die hierzu korrespondierende Anzahl an Differenzierern auf, wobei zwischen diesen der Dezimator geschaltet ist. Mit anderen Worten weist der Filter lediglich einen einzigen Dezimator auf, der zwischen die beiden Gruppen aus Integratoren und Differenzierern geschaltet ist. Hierbei ist der erste der Integratoren mit dem Ergebnisdatenstrom beaufschlagt, und das mittels des ersten Integrators (Integrierer) erstellte Ergebnis wird an den nachfolgenden Integrator usw. bis zu dem Dezimator geleitet. Mittels dessen erfolgt die Auswahl, und das Ergebnis wird an den ersten der Differenzierer geleitet, dessen Ergebnis zu dem nächsten der Differenzierer geleitet wird, usw. bis der Summenwert erstellt ist.
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Folglich ist das Filter als Delta-Sigma-Demodulator ausgebildet. Aufgrund des verwendeten zweiten Takts steht der mittels des Filters erstellte Summenwert bei einem schnellen Betrieb des Dezimators vergleichsweise schnell zur Verfügung, und eine Genauigkeit ist im Vergleich zu einem Verwenden lediglich der addierten abgetasteten Einzelwerte ohne den Ergebnisdatenstrom erhöht. Falls dahingegen die Genauigkeit der separaten Verarbeitung der zeitlich veränderlichen Einzelwerte beibehalten werden soll, ist es möglich, den Dezimator mit einer geringeren Frequenz zu betreiben, insbesondere mit dem ersten Takt. Aufgrund der verringerten Betriebsgeschwindigkeit des Dezimators ist eine Dezimationsrate verringert, weswegen eine Gruppenlaufzeit sinkt. Aufgrund des Ergebnisdatenstroms ist zudem lediglich ein einziges Filter erforderlich, im Vergleich zu jeweils einem jeden der zeitlich veränderlichen Einzelwerte zugeordneten Filter. Somit ist ein Ressourcenbedarf weiter verringert. Zusammenfassend skaliert insbesondere bei gleicher Dezimationsrate die Zeit zwischen zwei Summenwerten mit 1/(Anzahl der Modulatoren).
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Beispielsweise ist die Anzahl der zeitlich veränderlichen Einzelwerte gleich 3, 4, 5 oder größer. Insbesondere ist die Anzahl der zeitlich veränderlichen Einzelwerte geringer als 10, 9 oder 8. In einer Alternative hierzu ist die Anzahl der zeitlich veränderlichen Einzelwerte größer als 10 und beispielsweise kleiner als 100. Somit ist ein Ressourcenbedarf im Vergleich zu einer separaten Ermittlung anhand der abgetasteten Einzelwerte weiter verringert.
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Beispielsweise werden genau zwei (unterschiedliche) zeitlich veränderliche Einzelwerte verwendet. Hierbei ist im Vergleich zu der separaten Weiterverarbeitung der beiden zeitlich veränderlichen Einzelwerte zu dem Summenwert ein Ressourcenaufwand im Wesentlichen halbiert, insbesondere, sofern diese mittels eines Filters nachbearbeitet werden. Lediglich zur Ermittlung des Ergebnisdatenstroms ist im Vergleich zur Hälfte der Ressourcenbedarf leicht erhöht. Wenn genau zwei zeitlich veränderliche Einzelwerte herangezogen werden, ist die Erstellung des ersten Takts aus dem zweiten Takt vereinfacht, und es ist möglich anhand eines gemeinsamen Rechtecksignals den ersten und zweiten Takt abzuleiten. Als Zeitpunkte, zu denen jeweils die Abtastung der zeitlich veränderlichen Einzelwerte erfolgt, wird dabei vorzugsweise lediglich die steigende oder lediglich die fallende Flanke des Taktsignals herangezogen, was somit dem ersten Takt entspricht. Das Einfügen in den Ergebnisdatenstrom erfolgt dabei sowohl bei der steigenden als auch bei der fallenden Flanke und somit mit dem zweiten Takt, der die doppelte Frequenz des ersten Takts aufweist. Folglich ist lediglich ein einziger Taktgeber bei zwei zeitlich veränderlichen Einzelwerten erforderlich, was eine Komplexität verringert.
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Vorzugsweise wird als zeitlich veränderliche Einzelwerte jeweils eine elektrische Spannung herangezogen. Die elektrische Spannung korrespondiert hierbei beispielsweise zu einem bestimmten Wert, wie einer Durchflussgeschwindigkeit, einem elektrischen Strom oder einer bestimmten Leistung, wobei diese zum Beispiel jeweils mittels eines entsprechenden analogen Sensors erfasst werden, mittels dessen die zu der jeweiligen Messgröße korrespondierende elektrische Spannung ausgegeben wird. Diese werden nachfolgend zu dem jeweiligen Summenwert weiterverarbeitet. Aufgrund der Verwendung der elektrischen Spannung ist einerseits eine Bearbeitung und Auswertung und somit eine Abtastung vereinfacht. Andererseits ist es auf diese Weise möglich, eine Vielzahl unterschiedlichster Sensoren zu verwenden. Somit sind eine Flexibilität und ein Anwendungsbereich des Verfahrens erhöht.
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Das Verfahren dient dem Betrieb eines Umrichters, der einen Brückenzweig aufweist. Insbesondere weist der Umrichter mehrere derartige Brückenzweige, auch als Halbbrücke bezeichnet, auf, beispielsweise zwei oder drei. Die Brückenzweige sind dabei vorzugsweise zueinander baugleich, was eine Herstellung vereinfacht. Mittels der Brückenzweige ist eine Brückenschaltung realisiert. Der Brückenzweig bzw. die Brückenzweige sind zwischen zwei elektrische Potentiale geschaltet, an denen bei Betrieb vorzugsweise eine elektrische Gleichspannung anliegt. Insbesondere ist die elektrische Gleichspannung größer als 100 V oder 200 V. Vorzugsweise ist die anliegende elektrische Gleichspannung zwischen 300 V und 800 V und beispielsweise zwischen 400 V und 600 V und insbesondere gleich 560 V. Somit ist ein Speisen mittels eines dreiphasigen Wechselstromnetzes, das pro Phase 230 V führt, möglich.
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Der oder jeder Brückenzweig weist einen Brückenausgang auf, wobei das an dem Brückenausgang anliegende elektrische Potential in Abhängigkeit der Einstellung des jeweiligen Brückenzweigs gleich einem der beiden elektrischen Potentiale ist, zwischen die Brückenzweig geschaltet ist. Insbesondere umfasst der Umrichter einen Zwischenkreiskondensator oder einen sonstigen Kondensator, der mit den beiden elektrischen Potentialen elektrisch kontaktiert ist. Mittels des Zwischenkreiskondensators erfolgt eine Stabilisierung der zwischen den beiden elektrischen Potentialen anliegenden Gleichspannung.
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Vorzugsweise dient der Umrichter dem Betrieb eines Elektromotors, und der Umrichter weist genauso viele Brückenzweige auf, wie der Elektromotor elektrische Phasen umfasst. Vorzugsweise sind hierbei sämtliche Brückenzweige zueinander baugleich, sodass Gleichteile verwendet werden können, was Herstellungskosten reduziert. Auch ist auf diese Weise eine Lagerhaltung vereinfacht.
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Der Brückenzweig oder jeder Brückenzweig, weist mehrere zueinander parallel geschaltete Module auf, sodass ein mittels des jeweiligen Brückenzweigs geführter elektrische Strom auf die Module aufgeteilt wird. Insbesondere umfasst der Brückenzweig 2, 3 oder mehr Module. Vorzugsweise der Anzahl der Module kleiner 10, sodass ein Platzbedarf nicht übermäßig erhöht ist.
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Jedes Modul weist zwei elektrisch in Reihe geschaltete Halbleiterschalter und einen Stromsensor auf. Im Montagezustand ist insbesondere jeweils einer der beiden Halbleiterschalter direkt mit jeweils einem der elektrischen Potentiale verbunden, und zwischen den Halbleiterschaltern ist ein Abgriff gebildet. Mit diesem ist der Stromsensor elektrisch kontaktiert und ferner gegen den Brückenausgang des zugeordneten Brückenzweigs geführt. Zusammenfassend ist somit der Stromsensor gegen die beide Halbleiterschalter und den Brückenausgang geführt. Insbesondere werden bei Betrieb die zueinander korrespondieren Halbleiterschalter sämtlicher Module des gleichen Brückenzweigs synchron betätigt. Der über den jeweiligen Brückenausgang geführte elektrische Strom setzt sich somit aus sämtlichen elektrischen Strömen zusammen, die über die Module des gleichen Brückenzweigs geführt werden.
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Die Module sind vorzugsweise zueinander baugleich und/oder jeweils eine vorgefertigte Baueinheit, die somit die beiden Halbleiterschalter und den Stromsensor umfasst. Insbesondere sind diese mittels eines gemeinsamen Substrats gebildet oder auf ein gemeinsames Substrat aufgebracht und insbesondere innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet. Zum Beispiel ist hierbei das Gehäuse nicht öffenbar, sodass ein Entfernen und/oder Austausch eines Halbleiterschalters oder des Stromsensors nicht ohne eine Zerstörung des Moduls möglich ist.
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Der Stromsensor umfasst vorzugsweise einen Shunt. Insbesondere umfasst der Stromsensor einen Analog/Digital-Umsetzer, vorzugsweise einen Delta-Sigma-Modulator. Mittels des Delta-Sigma-Modulators werden zweckmäßigerweise bei Betrieb insbesondere zu bestimmten Zeitpunkten digitale Signale/Werte/Worte bereitgestellt, die zu der über den Shunt abfallenden elektrischen Spannung und daher auch zu dem über den jeweiligen Shunt geführten elektrischen Strom korrespondieren. Der Shunt und der Delta-Sigma-Modulator sind hierfür insbesondere geeignet verschaltet.
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Der über den Brückenausgang geführte elektrische Strom wird gemäß einem Verfahren ermittelt, das der Ermittlung eines Summenwert aus mehreren zeitlich veränderlichen Einzelwerten dient. Hierbei korrespondiert der Summenwert zu dem über den Brückenausgang geführten elektrischen Strom, und jede mit dem jeweiligen Stromsensor erfasste elektrische Strom korrespondiert zu jeweils einem zeitlich veränderlichen Einzelwert. Beispielsweise entspricht jeweils einer der zeitlich veränderlichen Einzelwerte jeweils der elektrischen Spannungen, die über einem der Shunts abfällt. Zumindest jedoch besteht zwischen diesen jeweils ein funktionaler Zusammenhang, beispielsweise das ohmsche Gesetz. So wird insbesondere anhand der anfallenden elektrischen Spannung der über den jeweiligen Shunt geführte elektrische Strom mittels des bekannten Widerstandswerts des jeweiligen Shunts ermittelt, und diese elektrischen Ströme als jeweilige zeitlich veränderliche Einzelwerte herangezogen. Somit ist eine Verarbeitung vereinfacht. Insbesondere sind dabei genauso viele zeitlich veränderliche Einzelwerte vorhanden, wie der jeweilige Brückenzweig Module aufweist.
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Bei dem Verfahren werden zunächst alle zeitlich veränderlichen Einzelwerte mit einem ersten Takt abgetastet, und mit einem zweiten Takt, der dem Produkt aus der Anzahl der zeitlich veränderlichen Einzelwerten dem erste Takt entspricht, werden nacheinander die abgetasteten Einzelwerte ausgewählt und in einen Ergebnisdatenstrom eingefügt. Insbesondere ist der Ergebnisdatenstrom gleich dem Summenwert, oder der Ergebnisdatenstrom wird beispielsweise gefiltert und/oder weiterbearbeitet. Sofern für die Einzelwerte die anliegende elektrische Spannung herangezogen wird, wird insbesondere der Ergebnisdatenstrom, zweckmäßigerweise dessen einzelne Werte, durch einen Wert geteilt, der zum Widerstandswert der Shunts korrespondiert.
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Sofern der Umrichter mehrere Brückenzweige aufweist, wird für jeden der Brückenzweige vorzugsweise das Verfahren jeweils herangezogen, wobei beispielsweise für sämtliche Brückenzweige jeweils der gleiche erste und/oder zweite Takt verwendet wird, oder wobei sich diese beispielsweise zueinander unterscheiden. Alternativ wird der über einen der Brückenzweige geführte elektrische Strom anhand der über die verbleibenden Brückenzweige geführten elektrischen Ströme, die mittels des Verfahrens ermittelt wurden, berechnet.
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Sofern beispielsweise eine Weiterverarbeitung des Ergebnisdatenstroms zu dem Summenwert, also zu dem geführten elektrischen Strom erfolgt, und dies beispielsweise beabstandet von den Brückenzweige erfolgen soll, sind im Vergleich zu einer separaten Verarbeitung der jeweiligen anfallenden elektrischen Spannungen weniger Leitungen erforderlich, weswegen Herstellungskosten reduziert sind. So ist nämlich lediglich das Führen des Ergebnisdatenstroms zu der etwaigen Baueinheit, mittels derer die Weiterarbeit erfolgt, und nicht eine zu der Anzahl an Modulen und somit an Einzelwerten korrespondierende Anzahl an Leitungen und auch nicht mehrere Baueinheiten erforderlich.
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Aufgrund des Verfahrens können zudem fertige Baueinheiten/Bausteine für die Module verwendet werden, also bereits vorhandene Baueinheiten, wobei zudem vergleichsweise kostengünstige Module herangezogen werden können, mittels derer insbesondere jeweils lediglich ein vergleichsweise geringer elektrischer Strom geführt werden kann. Aufgrund der Parallelschaltung dieser wird der mittels des Brückenzweigs geführte elektrische Strom auf die Module aufgeteilt, sodass eine Belastung verringert. Aufgrund der Verarbeitung der jeweiligen elektrischen Ströme, insbesondere der an den Shunts anliegenden elektrischen Spannungen, zu dem Summenwert, der zu dem über den jeweiligen Brückenausgang geführten elektrischen Strom korrespondiert, ist eine Auswertung und Anpassung des Betriebs des Umrichters vereinfacht.
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Der Umrichter umfasst einen zwischen zwei elektrische Potentiale geschalteten einen Brückenausgang aufweisenden Brückenzweig. Der Brückenzweig weist mehrere zueinander parallel geschaltete Module auf, wobei jedes Modul zwei in Reihe geschaltete Halbleiterschalter, wie MOSFETs oder IGBTs, und einen Stromsensor umfasst. Jeder Stromsensor ist gegen die beiden Halbleiterschalter des gleichen Moduls und den Brückenausgang geführt. Zweckmäßigerweise umfasst jeder Stromsensor einen Shunt.
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Der Umrichter ist gemäß einem Verfahren zum Ermitteln eines Summenwerts aus mehreren zeitlich veränderlichen Einzelwerten betrieben, bei welchem alle zeitlich veränderlichen Einzelwerte mit einem ersten Takt abgetastet werden. Mit einem zweiten Takt, der dem Produkt aus der das Anzahl an zeitlich veränderlichen Einzelwerten und dem ersten Takt entspricht, werden nacheinander die abgetasteten Einzelwerte ausgewählt und in einen Ergebnisdatenstrom eingefügt werden. Hierbei korrespondiert der der Summenwert zu einem über den Brückenausgang geführten elektrischen Strom und jede über dem jeweiligen Shunt abfallende elektrische Spannung zu jeweils einem zeitlich veränderlichen Einzelwert.
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Der Umrichter weist insbesondere eine Steuereinheit auf, die geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet ist, das Verfahren durchzuführen. Die Steuereinheit umfasst beispielsweise einen anwendungsspezifischen Schaltkreis (ASIC) oder besonders bevorzugt einen Computer, der geeigneterweise programmierbar ausgestaltet ist. Insbesondere umfasst die Steuereinheit ein Speichermedium, auf dem ein Computerprogrammprodukt, das auch als Computerprogramm bezeichnet ist, gespeichert ist, wobei bei Ausführung dieses Computerprogrammprodukts, also des Programms, der Computer veranlasst wird, das Verfahren durchzuführen. In einer weiteren Alternative ist die Steuereinheit zumindest teilweise mittels eines FPGA („Field Programmable Gate Array“) gebildet.
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Ferner betrifft die Erfindung ein System mit einem derartigen Umrichter und einem Elektromotor, der mittels des Umrichters betrieben ist. Beispielsweise sind der Umrichter und Elektromotor aneinander befestigt oder zueinander separat. Der Elektromotor weist eine bestimmte Anzahl an Phasen auf, die gleich der Anzahl der Brückenzweige des Umrichters ist. Hierbei ist jeweils eine der Phasen des Elektromotors an den Brückenausgang eines der Brückenzweige angeschlossen, sodass jedem Brückenzweig jeweils eine der Phasen zugeordnet ist. Der über den jeweiligen Brückenausgang geführte elektrische Strom entspricht hierbei einem jeweiligen Phasenstrom des Elektromotors, sodass anhand des elektrischen Stroms ein Zustand des Elektromotors abgeleitet werden kann. Insbesondere erfolgt in Abhängigkeit des ermittelten elektrischen Stroms eine Anpassung einer Bestromung des Elektromotors, sodass diese geregelt betrieben wird.
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Das System ist insbesondere ein Bestandteil einer Industrieanlage, mittels derer eine Bearbeitung und/oder eine Erstellung eines Werkstücks erfolgt. Vorzugsweise ist die mittels des Umrichters bereitgestellt maximale Leistung zwischen 700 W und 500 kW und beispielsweise größer als 1 kW, 5 kW, 10 kW, 50 kW, 100 kW oder 200 kW. Zum Beispiel ist die maximale Leistung kleiner als 400 kW, 150 kW, 100 kW, 50 kW oder 2 kW.
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Das Computerprogrammprodukt umfasst eine Anzahl an Befehlen, die bei der Ausführung des Programms (Computerprogrammprodukts) durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren zum Ermitteln eines Summenwerts aus mehreren zeitlich veränderlichen Einzelwerten durchzuführen. Alle zeitlich veränderlichen Einzelwerte werden mit einem ersten Takt abgetastet. Mit einem zweiten Takt werden nacheinander die abgetasteten Einzelwerte ausgewählt und in einen Ergebnisdatenstrom eingefügt. Der zweite Takt entspricht dem Produkt aus der Anzahl an zeitlich veränderlichen Einzelwerten und dem ersten Takt. Beispielsweise wird der Ergebnisdatenstrom hierbei als (zeitlich veränderter) Summenwert herangezogen, oder anhand des Ergebnis Datenstroms wird mittels einer Berechnungsvorschrift der Summenwert ermittelt. In einer Weiterbildung wird der Computer veranlasst, ein Verfahren zum Betrieb eines Umrichters durchzuführen, wobei der Umrichter einen zwischen zwei elektrische Potentiale geschalteten, einen Brückenausgang aufweisenden Brückenzweig umfasst. Der Brückenzweig weist mehrere zueinander parallel geschaltete Module auf, wobei jedes Modul zwei in Reihe geschaltete Halbleiterschalter und einen Shunt umfasst, der gegen beide jeweiligen Halbleiterschalter und den Brückenausgang geführt ist. Der über den Brückenausgang geführte elektrische Strom korrespondiert dabei zu dem über den Brückenausgang geführten elektrischen Strom und jede über dem jeweiligen Shunt abfallende elektrische Spannung korrespondiert zu jeweils einem zeitlich veränderlichen Einzelwert.
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Der Computer ist zweckmäßigerweise ein Bestandteil einer Steuereinheit oder Elektronik und beispielsweise mittels dieser gebildet. Der Computer umfasst vorzugsweise einen Mikroprozessor oder ist mittels dessen gebildet. Das Computerprogrammprodukt ist beispielsweise eine Datei oder ein Datenträger, der ein ausführbares Programm enthält, das bei einer Installation auf einem Computer das Verfahren automatisch ausführt.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Speichermedium, auf dem das Computerprogrammprodukt gespeichert ist. Ein derartiges Speichermedium ist beispielsweise eine CD-ROM, eine DVD oder eine Blu-Ray Disc. Alternativ hierzu ist das Speichermedium ein USB-Stick oder ein sonstiger Speicher, der zum Beispiel wiederbeschreibbar oder lediglich einmalig beschreibbar ist. Ein derartiger Speicher ist beispielsweise ein Flash Speicher, ein RAM oder ein ROM. Auch betrifft die Erfindung eine Steuereinheit zur Durchführung zumindest eines der Verfahren, die also hierfür geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, ist.
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Die im Zusammenhang mit den Verfahren erläuterten Weiterbildungen und Vorteile sind sinngemäß auch auf den Umrichter / das System / das Computerprogrammprodukt / das Speichermedium / die Steuereinheit und untereinander zu übertragen und umgekehrt.
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Sofern ein Objekt als erstes, zweites, ... Objekt bezeichnet wird, ist insbesondere lediglich darunter ein bestimmtes Objekt zu verstehen. Insbesondere bedeutet dies nicht, dass eine bestimmte Anzahl an derartigen Objekten vorhanden ist.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 ein System mit einem mehrere Brückenzweige aufweisenden Umrichter und einen damit angetriebenen Elektromotor,
- 2 schematisch einen der Brückenzweige, der einen Brückenausgang und zwei Module mit jeweils einem Shunt und aufweist,
- 3 ein Verfahren zum Betrieb eines Umrichters und
- 4 den zeitlichen Verlauf mehrere Einzelwerte, nämlich der über die Shunts anfallende elektrische Spannung, und den zeitlichen Verlauf des über den Brückenausgang geführten elektrischen Stroms.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein System 2 einer nicht näher dargestellten Industrieanlage dargestellt. Das System 2 umfasst einen Umrichter 4 sowie einen damit betriebenen Elektromotor 6, der ein bürstenloser Elektromotor ist und drei nicht näher dargestellte (Motor-) Phasen aufweist. Der Umrichter 4 weist zwei elektrische Potentiale 8 auf, die bei Betrieb jeweils konstant sind, wobei zwischen den beiden elektrischen Potentialen 8 eine elektrische Gleichspannung von 560 V anliegt. Zwischen die elektrischen Potenziale 8 sind insgesamt drei zueinander baugleiche Brückenzweige 10, jeweils auch als Halbbrücke bezeichnet, geschaltet, sodass jeder der Brückenzweige 10 mit beiden elektrischen Potenzialen 8 elektrisch kontaktiert ist.
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In 2 ist einer der zueinander baugleichen Brückenzweige 10 dargestellt. Der Brückenzweig 10, und somit jeweils sämtliche Brückenzweige 10, weist zwei Eingänge 12 auf, wobei jeweils einer der Eingänge 12 einem der elektrischen Potentiale 8 zugeordnet und mit diesem elektrisch direkt kontaktiert ist. Zwischen die beiden Eingänge 12, und somit zwischen die beiden elektrischen Potentiale 8, sind zwei zueinander baugleiche Module 14 geschaltet, die jeweils eine Reihenschaltung aus zwei Halbleiterschaltern 16 aufweisen. Die Halbleiterschalter 16 sind zueinander baugleich und mittels eines IGBTs jeweils gebildet, der mittels einer Freilaufdiode überbrückt ist.
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Zwischen den beiden Halbleiterschaltern 16 jedes Moduls 14 ist ein Abgriff 18 gebildet, mit dem ein Shunt eines Stromsensors 20 elektrisch kontaktiert ist. Die Shunts der beiden Module 14 sind gegen einen Brückenausgang 22 des Brückenzweigs 10 geführt. Zusammenfassend weist somit der Brückenzweig 10 mehrere zueinander parallel geschaltete Module 14, nämlich die zwei Module 14, auf, wobei jedes Modul 14 die zwei in Reihe geschalteten Halbleiterschalter 16 und den jeweiligen Stromsensor 20 aufweist. Der Shunt jedes Stromsensors 20 ist gegen die beiden Halbleiterschalter 16 des gleichen Moduls 14 und den Brückenausgang 22 geführt. Mit dem Brückenausgang 22 ist eine der Phasen des Elektromotors 6 elektrisch kontaktiert, wobei jeder der Phasen des Elektromotors 6 einer der Brückenzweige 10 zugeordnet ist. Je nach Ansteuerung der Halbleiterschalter 16 liegt dabei an dem Brückenausgang 22 eines der elektrischen Potentiale 8 an. Bei den beiden Modulen 14 handelt es sich um vorgefertigte Baueinheiten, und die Halbleiterschalter 16 und der Stromsensor 20 jedes Moduls 14 sind auf einem gemeinsamen Substrat aufgebracht oder mittels dessen zumindest teilweise gebildet.
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Jedem der Brückenzweige 10 ist jeweils eine Auswahleinheit 24 zugeordnet, die mit den beiden Stromsensoren 20 signaltechnisch verbunden ist. Jeder der Stromsensoren 20 umfasst einen Delta-Sigma-Modulator mit einem Datenausgang 26, über den ein digitalisiertes Signal abgegeben wird, das zu der über den Shunt abfallenden elektrischen Spannung korrespondiert. Hierfür sind der Delta-Sigma-Modulator und der Shunt jedes Stromsensors 20 geeignet miteinander verschaltet. Ferner weist jeder Stromsensor 20, nämlich der jeweilige Delta-Sigma-Modulator, einen Zeiteingang 28 auf, wobei in Abhängigkeit eines an dem jeweiligen Zeiteingang 28 anliegenden Signals mittels des jeweiligen Stromsensors 20 an dem jeweiligen Datenausgang 26 ein Signal angelegt wird.
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Der Zeiteingang 28 des Delta-Sigma-Modulators jedes Stromsensors 20 ist gegen einen ersten Taktgeber 30 geführt, mittels dessen ein erster Takt 32 bereitgestellt wird, der auf einem mittels eines zweiten Taktgebers 34 erstellten zweiten Takts 36 basiert. Der zweite Takt 36 entspricht dem Doppelten des ersten Takts 32, und der erste Takt 32 wird erstellt, indem aus dem zweiten Takt 36 lediglich jedes zweite Signal ausgewählt wird.
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Mit dem zweiten Takt 36 ist ferner auch die Auswahleinheit 24 beaufschlagt, sodass diese mit dem zweiten Takt 36 betrieben wird. Auch ist mit dem zweiten Takt 36 ein Filter 38 beaufschlagt, das an einen Ausgang 40 der Auswahleinheit 24 angeschlossen ist. Das Filter 38 ist ein Sigma-Delta-Demodulator und weist eine Anzahl an Integratoren 42, nämlich drei, auf, die nacheinander auf das an dem Ausgang 40 anliegende Signal angewandt wird. Hieran schließt sich signaltechnisch ein Dezimator 44 an, mittels dessen aus dem auf diese Weise erstellten dreifachen Integral lediglich bestimmte Werte ausgewählt werden. Diese Werte werden einer zu der Anzahl an Integratoren 42 korrespondierenden Anzahl an Differenzieren 46, also drei Differenzieren 46 zugeleitet, und das Ergebnis entspricht einem Summenwert 48.
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Die Auswahleinheit 24 und das Filter 38 sowie die beiden Taktgeber 30, 34 sind mittels einer Steuereinheit 50 des Umrichters 4 realisiert, die zumindest teilweise als FPGA ausgestaltet ist. Ferner erfolgt auch eine Ansteuerung der Halbleiterschalter 16 mit der Steuereinheit 50 in Abhängigkeit von aktuellen Anforderungen, sodass der Elektromotor 6 entsprechend der aktuellen Anforderungen betrieben wird.
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Die Steuereinheit 50 weist einen Computer 52 in Form eines Mikroprozessors sowie ein Speichermedium 54 auf, das als RAM oder ROM ausgestaltet ist. Auf dem Speichermedium 54 ist ein Computerprogrammprodukt 56 abgespeichert, wobei bei Ausführung des Computerprogrammprodukts 56 durch den Computer 52 dieser veranlasst wird, ein in 3 dargestelltes Verfahren 58 zum Betrieb eines Umrichters 4 durchzuführen. Mittels dessen wird ein Verfahren 60 zum Ermitteln eines Summenwerts 48 durchgeführt, wobei als Summenwert 48 der über den Brückenausgang 22 des jeweiligen Brückenzweigs 10 geführt der elektrische Strom, also der elektrische Strom einer der Phasen des Elektromotors 6, herangezogen wird. Mit anderen Worten wird mittels des Verfahrens 58 zum Betrieb des Umrichters 4 der über den Brückenausgang 22 geführter elektrischer Strom ermittelt. Das Verfahren 58 zum Betrieb des Umrichters 4 wird hierbei für jeden der Brückenzweige 10 separat durchgeführt, oder bei dem Verfahren 58 zum Betrieb des Umrichters 4 wird das Verfahren 60 zum Ermitteln des Summenwerts 48 dreimal separat, jedoch bevorzugt zeitlich parallel, durchgeführt.
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Der Summenwert 48 wird aus mehreren zeitlich veränderlichen Einzelwerten 62 ermittelt, wobei jeder der zeitlich veränderlichen Einzelwerte 62 zu jeweils einer elektrischen Spannung korrespondiert, die über einen der Shunts 20 abfällt. Da jeder Brückenzweig 10 genau zwei Shunts 20 aufweist, wird der Summenwert 48 somit aus zwei unterschiedlichen zeitlich veränderlichen Einzelwerten 62 ermittelt, deren zeitlicher Verlauf beispielsweise in 4 dargestellt ist. Als die beiden zeitlich veränderlichen Einzelwerte 62 wird jeweils der über einen der Shunts 20 geführte elektrische Strom verwendet, der anhand der über den jeweiligen Shunt 20 abfallenden elektrischen Spannung berechnet wird. Hierfür wird die jeweilige elektrische Spannung mit einem entsprechenden Wert skaliert. Alternativ zur Verwendung des (berechneten) elektrischen Stroms, der aufgrund des Ohmschen Gesetzes der skalierten elektrischen Spannung entspricht, werden als veränderlichen Einzelwerte 62 die jeweilige elektrische Spannung direkt verwendet. Auch werden bei dem Verfahren 60 genau zwei unterschiedliche zeitlich veränderliche Einzelwerte 62 herangezogen.
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In einem ersten Arbeitsschritt 64 werden die (analogen) zeitlich veränderlichen Einzelwerte 62 jeweils mit dem ersten Takt 32 abgetastet und hieraus jeweils ein abgetasteter Einzelwert 66 erstellt. Bei dem Beispiel ist die Frequenz des ersten Takts 32 gleich 20 MHz. Die Abtastung erfolgt mittels des jeweiligen Stromsensors 20, nämlich des jeweiligen Sigma-Delta-Modulators, selbst, und als erster Takt 32 wird ein Rechtecksignal herangezogen, wie in 4 dargestellt. Dabei wird, sofern ein Delta-Sigma-Modulator 1. Ordnung verwendet wird, bei jeder der ansteigenden Flanken des ersten Takts 32 überprüft, ob der jeweilige zeitlich veränderliche Einzelwert 62 größer als eine bestimmte Schwelle 68 ist. Falls dies der Fall ist, ist der abgetastete Einzelwert 66, der anhand dieses zeitlich veränderlichen Einzelwerte 62 erstellt wird, auf logisch 1 gesetzt. Anderenfalls ist der jeweilige abgetasteter Einzelwert 66 logisch 0 („Null“).
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In dem dargestellten Beispiel überschreitet der eine der zeitlich veränderlichen Einzelwerte 62 in dem zweiten dargestellten Taktabschnitte des ersten Takts 32 die Schwelle 68, sodass bei der nachfolgenden ansteigenden Flanke der abgetasteter Einzelwert 66 auf logisch 1 gesetzt wird. Dahingegen ist der weitere der zeitlich veränderlichen Einzelwerte 62 in dem zweiten dargestellten Taktabschnitt weiterhin unterhalb der Schwelle 68 und überschreitet diese erst einen Taktabschnitt später. Somit wird erst bei der in dem dargestellten Beispiel vierten ansteigenden Flanke des ersten Takts 32 der abgetasteter Einzelwert 66 dieses zeitlich veränderlichen Einzelwerte 62 auf logisch 1 gesetzt. Dieser zeitlich veränderliche Einzelwert unterschreitet im fünften Taktabschnitt des ersten Takts 62 die Schwelle 68, sodass bei der sechsten ansteigenden Flanke des ersten Takts 32 der abgetastete Einzelwert 66 erneut auf logisch 0 („Null“) gesetzt wird. Der andere der zeitlich veränderlichen Einzelwerte 62 hingegen unterschreitet die Schwelle 68 einen Taktabschnitt früher, sodass bereits bei der fünften ansteigenden Flanke des ersten Takts 32 der hierzu korrespondierende abgetasteter Einzelwert 66 auf logisch 0 („Null“) gesetzt wird.
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In einer weiteren nicht näher dargestellten Variante erfolgt die Abtastung mittels einer zeitlich veränderlichen Schwelle 68, die beispielsweise eine Sägezahnform oder einen Sinusform aufweist. In einer weiteren Alternative wird eine gänzlich andere Art der Abtastung verwendet. Zumindest jedoch wird mittels der beiden Stromsensoren 20 an den jeweiligen Datenausgängen 26 die entsprechenden, abgetasteten Einzelwerte 66 bereitgestellt, wobei ein Wechsel der Werte der abtasten Einzelwert 66 nur synchron mit dem ersten Takt 32 erfolgen kann, der über die Zeiteingänge 28 jeweils eingespeist wird.
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In einem sich anschließenden zweiten Arbeitsschritt 70 wird mittels der Auswahleinheit 24 abwechselnd jeweils der Wert eines der abgetasteten Einzelwerte 66 ausgewählt und in einen Ergebnisdatenstroms 72 eingefügt, der über den Ausgang 40 ausgegeben wird. Der Auswahleinheit 24 ist mittels des zweiten Takts 36 betrieben, mittels dessen somit nacheinander die abgetasteten Einzelwerte 66 ausgewählt werden. Die Frequenz des zweiten Takt 36 ist gleich dem Produkt aus der Anzahl an zeitlich veränderlichen Einzelwerten 62, nämlich 2, und der Frequenz des ersten Takts 32 und daher gleich 40 MHz. Somit sind, wenn bei dem ersten Takt 32 zwei Taktabschnitte verstrichen sind, bei dem zweiten Takt 36 bereits vier Taktabschnitte verstrichen. Innerhalb dieser Taktabschnitte sind die beiden abgetasteten Einzelwerte 66 logisch 0 („Null“), sodass auch der Ergebnisdatenstrom 72 während dieser zwei bzw. vier Taktabschnitten logischen 0 ist.
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Bei der darauffolgenden ansteigenden Flanke des zweiten Takts 36 wird wiederum einer der beiden abgetasteten Einzelwerte 66 eingefügt, in dem Beispiel derjenige, der logisch 1 ist. Folglich ist der Wert des Ergebnisdatenstroms 72 in dem sich direkt anschließenden Taktabschnitt des zweiten Takts 36 ebenfalls logisch 1. Bei der darauffolgenden ansteigenden Flanke des zweiten Takts 36 wird der andere abgetasteter Einzelwert 66 eingefügt, der auch weiterhin logisch 0 („Null“) ist. Folglich wird auch der Ergebnisdatenstrom 72 erneut auf logisch 0 („Null“) gesetzt. Bei der darauffolgenden ansteigenden Flanke, der hier dargestellten siebten ansteigenden Flanke, wird erneut der erste der beiden abgetasteten Einzelwerte 66 eingefügt, der auch weiterhin logisch 1 ist. Bei der nachfolgenden ansteigenden Flanke des zweiten Takts 36 wird der andere der abgetasteten Einzelwerte 66 eingefügt, der nun ebenfalls logisch 1 ist. Folglich verbleibt der Ergebnisdatenstroms 72 über die beiden Taktabschnitt des zweiten Takts 36 auf logisch 1. Bei der nachfolgenden ansteigenden Flanke ist der erste der abgetasteten Einzelwerte 66 erneut logisch 0 („Null“), sodass auch der Ergebnisdatenstroms 72 erneut auf logisch 0 („Null“) gesetzt und bei der nächsten ansteigenden Flanke erneut auf logisch 1 gesetzt wird, da der andere der abgetasteten Einzelwerte 66 auch weiterhin logisch 1 ist. Bei dem nacheinander Einfügen wird nämlich die Reihenfolge, in der die abgetasteten Einzelwerte 66 eingefügt werden, stets beibehalten.
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Der Ergebnisdatenstroms 72 wird in einem nachfolgenden dritten Arbeitsschritt 74 dem ebenfalls mit dem zweiten Takt 36 betriebenem Filter 38 zugeführt und dort mittels der Integratoren 42 dreimal integriert. Hieraus wird mittels des Dezimators 44 jeweils jeder 16. Wert ausgewählt und das auf diese Weise bereitgestellte Signal mittels der drei Differenzierer 46 differenziert, sodass der Summenwert 48 bereitgestellt wird. Dieser entspricht dem über den Brückenzweig 22 geführten elektrischen Strom, der der Summe aus dem über die beiden Module 14 geführten einzelnen elektrischen Ströme entspricht. Hierbei liegt der Summenwert 48 als digitales Wort, nämlich als Strom von digitalen Worten, vor, wobei die digitalen Worte alle 0,4 µs, nämlich mit dem zweiten Takt 36 geteilt durch die Dezimationsrate 16, also mit 2,5MHz, neu erstellt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- System
- 4
- Umrichter
- 6
- Elektromotor
- 8
- elektrisches Potential
- 10
- Brückenzweig
- 12
- Eingang
- 14
- Modul
- 16
- Halbleiterschalter
- 18
- Abgriff
- 20
- Stromsensor
- 22
- Brückenausgang
- 24
- Auswahleinheit
- 26
- Datenausgang
- 28
- Zeiteingang
- 30
- erster Taktgeber
- 32
- erster Takt
- 34
- zweiter Taktgeber
- 36
- zweiter Takt
- 38
- Filter
- 40
- Ausgang
- 42
- Integrator
- 44
- Dezimator
- 46
- Differenzierer
- 48
- Summenwert
- 50
- Steuereinheit
- 52
- Computer
- 54
- Speichermedium
- 56
- Computerprogrammprodukt
- 58
- Verfahren zum Betrieb eines Umrichters
- 60
- Verfahren zum Ermitteln eines Summenwerts
- 62
- zeitlich veränderlicher Einzelwert
- 64
- erster Arbeitsschritt
- 66
- abgetasteter Einzelwert
- 68
- Schwelle
- 70
- zweiter Arbeitsschritt
- 72
- Ergebnisdatenstrom
- 74
- dritter Arbeitsschritt
