DE102021211686A1 - Filterschaltung für ein elektrisches Antriebssystem und elektrisches Antriebssystem - Google Patents

Filterschaltung für ein elektrisches Antriebssystem und elektrisches Antriebssystem Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem und eine Filterschaltung für ein elektrisches Antriebssystem zur Begrenzung von motorseitigen Spannungsspitzen. Hierzu ist es vorgesehen, neben einer von einem Wechselrichter generierten Wechselspannung an der elektrischen Maschine auch die Eingangsgleichspannung des Wechselrichters bereitzustellen und eine Filterung der Spannungsspitzen durch Filterkomponenten an der elektrischen Maschine durchzuführen.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filterschaltung für ein elektrisches Antriebssystem. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein elektrisches Antriebssystem mit einer solchen Filterschaltung.
  • Stand der Technik
  • Elektrische Antriebssysteme, wie sie beispielsweise in ganz oder zumindest elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, umfassen in der Regel einen elektrischen Stromrichter sowie eine elektrische Maschine. Der elektrische Stromrichter konvertiert hierbei eine eingangsseitig bereitgestellte elektrische Spannung in eine ein- oder mehrphasige elektrische Wechselspannung, die dazu geeignet ist, die elektrische Maschine gemäß vorgegebener Sollwerte, wie beispielsweise Drehzahl und/oder Drehmoment anzusteuern. Hierbei sind die Anschlüsse der elektrischen Maschine über einen Kabelstrang mit den Ausgangsanschlüssen des elektrischen Stromrichters verbunden.
  • Während des Betriebs können durch Komponenten, wie z.B. den Kabelstrang, den Stromrichter und die elektrische Maschine Spannungsspitzen hervorgerufen werden. Um diese Spannungsspitzen zu begrenzen und insbesondere die elektrische Maschine zu schützen, kann in dem elektrischen Stromrichter eine Filterkomponente vorgesehen sein. Hierzu sind verschiedenartige Ansätze, wie beispielsweise ein R-L-C-Filter oder ein R-L-D-Filter zur Verwendung in dem elektrischen Stromrichter bekannt.
  • Die Druckschrift WO 2015/055444 A1 beschreibt beispielsweise einen elektrischen Spannungswandler, der über ein Filter mit einer elektrischen Last oder einer elektrischen Spannungsquelle verbunden werden kann. Insbesondere beschreibt diese Druckschrift hierbei ein spezielles Betriebsverfahren zur Steuerung des Spannungswandlers.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine Filterschaltung für ein elektrisches Antriebssystem, sowie ein elektrisches Antriebssystem mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Demgemäß ist vorgesehen:
  • Eine Filterschaltung für ein elektrisches Antriebssystem, wobei das elektrische Antriebssystem einen Wechselrichter und eine elektrische Maschine umfasst. Der Wechselrichter ist hierbei dazu ausgelegt, eine Eingangsgleichspannung in eine elektrische Wechselspannung zu konvertieren und diese Wechselspannung über eine Kabelverbindung an einer elektrischen Maschine bereitzustellen. Die Filterschaltung umfasst eine erste Filtervorrichtung. Die erste Filtervorrichtung ist an der elektrischen Maschine angeordnet. Hierbei umfasst die erste Filtervorrichtung eine erste Gleichrichterschaltung, einen Stützkondensator, ein erstes Filterelement und ein zweites Filterelement. Die erste Gleichrichterschaltung umfasst eine erste Gruppe von Dioden und eine zweite Gruppe von Dioden. Dabei ist jeweils eine Diode der ersten Gruppe von Dioden zwischen einem ersten Knotenpunkt und einem Phasenanschluss der elektrischen Maschine angeordnet. Jeweils eine Diode der zweiten Gruppe von Dioden ist zwischen einem zweiten Knotenpunkt und einem Phasenanschluss der elektrischen Maschine angeordnet. Ferner ist das erste Filterelement zwischen einem Bezugspotential und dem ersten Knotenpunkt angeordnet, und das zweite Filterelement ist zwischen dem Bezugspotential und dem zweiten Knotenpunkt angeordnet. Der Stützkondensator ist zwischen dem ersten Knotenpunkt und dem zweiten Knotenpunkt angeordnet,
  • Weiterhin ist vorgesehen:
    • Eine Filterschaltung für ein elektrisches Antriebssystem, wobei das elektrische Antriebssystem einen Wechselrichter und eine elektrische Maschine umfasst. Der Wechselrichter ist hierbei dazu ausgelegt, eine Eingangsgleichspannung in eine elektrische Wechselspannung zu konvertieren und diese Wechselspannung über eine Kabelverbindung an einer elektrischen Maschine bereitzustellen. Die Filterschaltung umfasst eine erste Filtervorrichtung und eine zweite Filtervorrichtung. Die erste Filtervorrichtung ist an der elektrischen Maschine angeordnet. Hierbei umfasst die erste Filtervorrichtung eine Anschlusseinrichtung, eine erste Gleichrichterschaltung, einen Stützkondensator, ein erstes Filterelement und ein zweites Filterelement. Die Anschlusseinrichtung umfasst ein erstes Anschlusselement und ein zweites Anschlusselement. Das erste Anschlusselement der Anschlusseinrichtung ist dazu ausgelegt, mit einer ersten Polarität der Eingangsgleichspannung des Wechselrichters verbunden zu werden. Das zweite Anschlusselement der Anschlusseinrichtung ist dazu ausgelegt, mit einer zweiten Polarität der Eingangsgleichspannung des Wechselrichters verbunden zu werden. Die erste Gleichrichterschaltung umfasst eine erste Gruppe von Dioden und eine zweite Gruppe von Dioden. Dabei ist jeweils eine Diode der ersten Gruppe von Dioden zwischen einem ersten Knotenpunkt und einem Phasenanschluss der elektrischen Maschine angeordnet. Jeweils eine Diode der zweiten Gruppe von Dioden ist zwischen einem zweiten Knotenpunkt und einem Phasenanschluss der elektrischen Maschine angeordnet. Ferner ist das erste Filterelement zwischen dem ersten Anschlusselement der Anschlusseinrichtung und dem ersten Knotenpunkt angeordnet, und das zweite Filterelement ist zwischen dem zweiten Anschlusselement der Anschlusseinrichtung und dem zweiten Knotenpunkt angeordnet.
  • Die zweite Filterschaltung umfasst eine zweite Gleichrichterschaltung, ein drittes Filterelement und ein viertes Filterelement. Die zweite Gleichrichterschaltung umfasst eine dritte Gruppe von Dioden und einer vierten Gruppe von Dioden. Jeweils eine Diode der dritten Gruppe von Dioden ist zwischen einen dritten Knotenpunkt und einem Phasenanschluss des Wechselrichters angeordnet. Jeweils eine Diode der vierten Gruppe von Dioden zwischen einen vierten Knotenpunkt und einem Phasenanschluss des Wechselrichters angeordnet. Das dritte Filterelement ist zwischen der ersten Polarität der Eingangsgleichspannung des Wechselrichters und dem dritten Knotenpunkt angeordnet. Das vierte Filterelement ist zwischen der zweiten Polarität der Eingangsgleichspannung des Wechselrichters und dem vierten Knotenpunkt angeordnet.
  • Ferner ist vorgesehen:
  • Ein elektrisches Antriebssystem mit einem Wechselrichter, einer elektrischen Maschine, einer Kabelverbindung und einer erfindungsgemäßen Filterschaltung. Der Wechselrichter ist in diesem Fall dazu ausgelegt, eine Eingangsgleichspannung in eine elektrische Wechselspannung zu konvertieren. Die Kabelverbindung ist dazu ausgelegt, die elektrische Wechselspannung des Wechselrichters an der elektrischen Maschine bereitzustellen.
  • Vorteile der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beim Betrieb eines elektrischen Antriebssystems mit einer elektrischen Maschine, die von einem elektrischen Stromrichter gespeist wird, durch die elektrische Maschine hohe Spannungsspitzen hergerufen werden können. Solche Spannungsspitzen können beispielsweise die Isolation der elektrischen Maschine beschädigen oder zu einer Beeinträchtigung der Lebensdauer der elektrischen Maschine führen. Daher ist es erforderlich, derartige Spannungsspitzen zu begrenzen.
  • Zur Begrenzung derartiger Spannungsspitzen wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung erkannt, dass es vorteilhaft sein kann, die Filterung derartiger Spannungsspitzen motorseitig durchzuführen. Darüber hinaus wurde für die erfindungsgemäße Konzeption auch erkannt, dass die elektrische Verbindung zwischen Stromrichter und elektrischer Maschine parasitäre Eigenschaften aufweist, welche für die Filterung der Spannungsspitzen, insbesondere auf der Motorseite genutzt werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Filterung von Spannungsspitzen ermöglicht eine besonders wirksame und effektive Filterung von Überspannungen. Darüber hinaus kann auch eine effektive Begrenzung der Spannungssteilheit von auftretenden Spannungsspitzen erzielt werden. Dieses Resultat kann insbesondere mit sehr geringem Hardwareaufwand und somit geringem Bauraumbedarf und Materialkosten realisiert werden. Schließlich ist die erfindungsgemäße Filtertopologie aufgrund ihrer Einfachheit auch sehr einfach zu konzipieren und zu simulieren. Dementsprechend ist auch die Dimensionierung der eingesetzten Bauelemente wie elektrischen Widerständen, Kapazitäten und Induktivitäten sehr einfach zu ermitteln.
  • In einer Ausgestaltungsform können die erforderlichen Komponenten vollständig motorseitig implementiert werden. Mit anderen Worten, alle Komponenten für eine Filterung von Überspannungsspitzen sind in oder an dem Gehäuse des Motors vorgesehen. In diesem Fall kann durch den Verzicht auf eine Filterung innerhalb des elektrischen Stromrichters eine besonders einfache und kostengünstige Filterung von Spannungsspitzen erzielt werden.
  • Alternativ kann neben der Verwendung von motorseitigen Filterkomponenten auch zusätzlich auf der Seite des elektrischen Stromrichters eine Filterung implementiert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das erste Filterelement und das zweite Filterelement jeweils eine Parallelschaltung aus einem elektrischen Widerstand und einem Kondensator. Somit bildet sowohl das erste Filterelement als auch das zweite Filterelement ein sogenanntes R-C-Glied. Die Parametrisierung dieser Bauteile kann hierbei gemäß den jeweiligen Betriebsbedingungen und den Anforderungen für die Filterung der Spannungsspitzen erfolgen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfassen sowohl das dritte Filterelement als auch das vierte Filterelement jeweils eine Parallelschaltung aus einem elektrischen Widerstand und einem Kondensator. Entsprechend bilden auch das dritte Filterfilterelement und das vierte Filterelement jeweils ein R-C-Glied.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die zweite Filterschaltung eine weitere Filterkomponente. Insbesondere umfasst diese weitere Filterkomponente jeweils einen Kondensator zwischen einem Phasenanschluss des Wechselrichters und einem Bezugspotential. Alternativ kann auch eine Serienschaltung aus Kondensator und elektrischem Widerstand vorgesehen sein. Darüber ist in dieser weiteren Filterkomponente auch jeweils eine Induktivität zwischen den B2-Brücken des Wechselrichters und den Ausgangsanschlüssen des Wechselrichters vorgesehen.
  • Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
  • Figurenliste
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:
    • 1: eine schematische Darstellung eines Blockschaubildes eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform;
    • 2: eine schematische Darstellung eines Ersatzschaltbilds für eine Kabelverbindung zwischen einem Wechselrichter und einer elektrischen Maschine in einem Antriebssystem gemäß einer Ausführungsform;
    • 3: eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds eines elektrischen Antriebssystems mit einer Filterschaltung gemäß einer Ausführungsform;
    • 4: eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds eines elektrischen Antriebssystems mit einer Filterschaltung gemäß einer alternativen Ausführungsform;
    • 5: eine schematische Darstellung von Spannungsverläufen in einem elektrischen Antriebssystem gemäß einer Ausführungsform; und
    • 6: eine schematische Darstellung von Spannungsverläufen in einem elektrischen Antriebssystem gemäß einer Ausführungsform.
  • In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaubildes eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform. Das elektrische Antriebssystem umfasst einen elektrischen Stromrichter, insbesondere einen Wechselrichter 2. Der Wechselrichter 2 kann eingangsseitig von einer elektrischen Gleichspannung, beispielsweise von einer Batterie 1 oder Ähnlichem gespeist werden. Unter Verwendung einer Eingangsgleichspannung erzeugt der Wechselrichter 2 gemäß Sollwertvorgaben, beispielsweise einem vorgegebenen Drehmoment oder einer vorgegebenen Drehzahl, eine ein- oder mehrphasige elektrische Wechselspannung und stellt diese über eine Kabelverbindung 3 an einer elektrischen Maschine 4 bereit. Hierzu kann beispielsweise in dem Wechselrichter 2 eine Leistungselektronik vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Leistungselektronik eine B6-Brücke mit Halbleiterschaltelementen umfassen, welche von einer geeigneten Ansteuerung gemäß den Sollwertvorgaben angesteuert werden.
  • Während des Betriebs des elektrischen Antriebssystems können, beispielsweise durch den Kabelstrang, den Stromrichter und/oder die elektrische Maschine 4, Spannungsspitzen bzw. -überhöhungen entstehen. Zur Begrenzung dieser Spannungsüberhöhungen ist in dem elektrischen Antriebssystem eine Filterschaltung vorgesehen. Diese Filterschaltung umfasst mindestens eine erste Filtervorrichtung 11, welche an der elektrischen Maschine 4 vorgesehen ist. Diese erste Filtervorrichtung 11 kann beispielsweise im Gehäuse der elektrischen Maschine 4 integriert sein. Alternativ ist es auch möglich, die erste Filtervorrichtung 11 an dem Gehäuse der elektrischen Maschine 4, beispielsweise im Bereich der Phasenanschlüsse der elektrischen Maschine 4 vorzusehen.
  • Darüber hinaus kann die Filterschaltung gegebenenfalls eine zweite Filtervorrichtung 12 umfassen. Diese zweite Filtervorrichtung 12 kann beispielsweise in dem Wechselrichter 2 vorgesehen sein. Alternativ ist es auch hier möglich, die zweite Filtervorrichtung 12 an dem Wechselrichter 2, beispielsweise an den Ausgängen für das Bereitstellen der erzeugten Wechselspannung vorzusehen.
  • Der Aufbau und die Funktion der Filterschaltungen, insbesondere der ersten Filtervorrichtung 11 und der zweiten Filtervorrichtung 12 werden nachfolgend noch näher beschrieben.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ersatzschaltbildes der Kabelverbindung 3 zwischen dem Wechselrichter 2 und der elektrischen Maschine 4. Für die Betrachtung des Betriebsverhaltens und eine mögliche Simulation des elektrischen Antriebssystems kann die Kabelverbindung 3 als eine Aneinanderreihung mehrerer parasitärer Induktivitäten L_p und Widerstände R_pl, sowie eine jeweils dazwischen angeordnete parallele Anordnung von parasitären Kapazitäten C_p und Widerständen R_p2 angesehen werden. Insbesondere können diese parasitären Eigenschaften auch für die Filterung der Spannungsspitzen in dem elektrischen Antriebssystem mit in Betracht gezogen werden.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds eines elektrischen Antriebssystems mit einer Filterschaltung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. In dieser ersten Ausführungsform umfasst die Filterschaltung 10 eine erste Filtervorrichtung 11. Diese erste Filtervorrichtung 11 ist, wie oben bereits angeführt, an der elektrischen Maschine 4 angeordnet. Die erste Filtervorrichtung 11 umfasst ein erstes Filterelement 111, ein zweites Filterelement 112, einen Stützkondensator 113 sowie eine Gleichrichterschaltung 114.
  • In der ersten Filtervorrichtung 11 ist das erstes Filterelement 111 und das zweites Filterelement 112 vorgesehen. Das erste Filterelement 111 ist -einem Anschluss mit einem ersten Knotenpunkt K1 verbunden. Die andere Seite des ersten Filterelements 111 ist mit einem Bezugspotential verbunden. Das zweite Filterelement 112 ist auf der einen Seite elektrisch mit einem zweiten Knotenpunkt K2 verbunden. Die andere Seite des zweiten Filterelements 112 ist mit dem Bezugspotential verbunden.
  • Das erste Filterelement 111 kann beispielsweise aus einer Parallelschaltung eines elektrischen Widerstands R1 und einem Kondensator C1 realisiert werden. Analog kann das zweite Filterelement 112 aus einer Parallelschaltung eines Widerstands R2 und einem Kondensator C2 realisiert werden. Die Werte der Kondensatoren bzw. Widerstände in dem ersten Filterelement 111 und dem zweiten Filterelement 112 können vorzugsweise gleich groß sein.
  • Weiterhin umfasst die erste Filtervorrichtung 11 eine Gleichrichterschaltung 114 mit einer ersten Gruppe von Dioden D1 und einer zweiten Gruppe von Dioden D2. Dabei ist jeweils zwischen einem Phasenanschluss der elektrischen Maschine 4 und dem ersten Knotenpunkt K1 eine Diode D1 der ersten Gruppe von Dioden vorgesehen. Analog ist jeweils zwischen einem Phasenanschluss der elektrischen Maschine 4 und dem zweiten Knotenpunkt K2 eine Diode D2 der zweiten Gruppe von Dioden vorgesehen.
  • Darüber hinaus ist zwischen dem ersten Knotenpunkt K1 und dem zweiten Knotenpunkt K2 ein Stützkondensator 113 vorgesehen, welcher die sich hierüber einstellende Gleichspannung stabilisiert und aufrechterhält. Insbesondere können durch diesen Stützkondensator 113 die Effekte von Streuinduktivitäten in der Zuführung ausgeglichen werden.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds eines elektrischen Antriebssystems mit einer Filterschaltung 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Filterschaltung 10 gemäß dieser Ausführungsform umfasst eine erste Filtervorrichtung 11 und eine zweite Filtervorrichtung 12. Die erste Filtervorrichtung 11 ist an der elektrischen Maschine 4 vorgesehen. Die zweite Filtervorrichtung 12 ist an oder in dem Wechselrichter 2 vorgesehen.
  • Die erste Filtervorrichtung 11 gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsform umfasst eine Anschlusseinrichtung 110, einen Stützkondensator 113 sowie eine erste Gleichrichterschaltung 114. Ein erstes Anschlusselement 110a der Anschlusseinrichtung 110 ist mit der ersten Polarität des Wechselrichters 2 verbunden, und ein zweites Anschlusselement 110b der Anschlusseinrichtung 110 ist mit einer zweiten Polarität der Eingangsgleichspannung des Wechselrichters 2 verbunden. In der hier dargestellten Ausführungsform ist zwischen dem ersten Anschlusselement 110a und dem zweiten Anschlusselement 110b ein Stützkondensator 113 angeordnet. Der Aufbau der Gleichrichterschaltung 114 entspricht dem Aufbau der Gleichrichterschaltung 114 gemäß 3.
  • Die erste Filtervorrichtung 11 der Ausführungsform gemäß 4 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen ersten Filtervorrichtung 11 insbesondere dadurch, dass hier ein erstes Filterelement 111 zwischen dem ersten Anschlusselement 110a und dem ersten Knotenpunkt K1 angeordnet ist. Analog ist ein zweites Filterelement 112 zwischen dem zweiten Anschlusselement 110b und dem zweiten Knotenpunkt K2 angeordnet.
  • Darüber hinaus umfasst die Filterschaltung 10 gemäß dieser Ausführungsform in oder an dem Wechselrichter 2 eine zweite Filtervorrichtung 12. Diese zweite Filtervorrichtung 12 umfasst ein drittes Filterelement 211 und ein viertes Filterelement 212. Ferner umfasst die zweite Filtervorrichtung 12 eine zweite Gleichrichterschaltung 214. Darüber hinaus eine weitere Filterkomponente 215 zwischen den Ausgangsanschlüssen des Wechselrichters 2 und einem Bezugspotential eine weitere Filterkomponente 215 vorgesehen.
  • Die zweite Gleichrichterschaltung 214 umfasst eine dritte Gruppe von Dioden D3 und eine vierte Gruppe von Dioden D4. Jeweils eine Diode D3 der dritten Gruppe von Dioden ist elektrisch zwischen einem der Phasenanschlüsse am Ausgang des Wechselrichters 2 und einem dritten Knotenpunkt K3 vorgesehen. Analog ist jeweils zwischen einem Phasenanschluss am Ausgang des Wechselrichters 2 und einem vierten Knotenpunkt K4 eine Diode D4 der vierten Gruppe von Dioden vorgesehen. Ein drittes Filterelement 211 ist zwischen dem dritten Knotenpunkt K3 und einem ersten Anschluss für die Eingangsgleichspannung des Wechselrichters 2 angeordnet. Analog ist zwischen einem zweiten Anschluss für die Eingangsgleichspannung des Wechselrichters 2 und dem vierten Knotenpunkt K4 ein viertes Filterelement 212 angeordnet. Das dritte Filterelement 211 und das vierte Filterelement 212 können jeweils aus einer Parallelschaltung eines Kondensators und eines Widerstands realisiert werden.
  • Die weitere Filterkomponente 215 umfasst für jede Phase des Stromrichters 2 jeweils eine Induktivität L. Jeweils ein erster Anschluss einer Induktivität L ist mit einem Mittenanschluss einer Halbbrücke der B6-Brücke des Stromrichters 2 verbunden, und jeweils ein zweiter Anschluss der Induktivitäten L ist mit einem Phasenanschluss am Ausgang des Stromrichters 2 verbunden. Ferner sind die zweiten Anschlüsse der Induktivitäten der weiteren Filterkomponente 215 jeweils mit ersten Anschlüssen von Kondensatoren C verbunden. Die zweiten Anschlüsse der Kondensatoren C der weiteren Filterkomponente 215 sind mit einem Bezugspotential verbunden. Alternativ kann anstelle der Kondensatoren C der weiteren Filterkomponente 215 auch jeweils eine Serienschaltung aus einem Kondensator C und einem Widerstand R vorgesehen sein.
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung von Spannungsverläufen in einem elektrischen Antriebssystem mit einer der zuvor beschriebenen Filterschaltungen 10 gemäß einer in Zusammenhang mit 3 beschriebenen Ausführungsform. Der obere Spannungsverlauf stellt dabei den Verlauf einer elektrischen Spannung zwischen 2 Phasen der elektrischen Maschine 4 dar. Die unteren dargestellten rechteckförmigen Spannungsverläufe entsprechen dem Verlauf einer Spannung zwischen einer elektrischen Phase und einem Bezugspotenzial. Die asymptotisch verlaufende obere bzw. untere Gleichspannung zeigt die elektrische Spannung der Knotenpunkte K1 bzw. K2 gegenüber dem Bezugspotential.
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung von Spannungsverläufen eines elektrischen Antriebssystems mit einer Filterschaltung gemäß einer in Zusammenhang mit 4 beschriebenen Ausführungsform.
  • Wie in beiden dargestellten Spannungsverläufen zu erkennen ist, kann durch die erfindungsgemäßen Filterschaltungen eine ausgezeichnete Dämpfung der auftretenden Überspannung in dem elektrischen Antriebssystem erzielt werden.
  • Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein elektrisches Antriebssystem und eine Filterschaltung für ein elektrisches Antriebssystem zur Begrenzung von motorseitigen Spannungsspitzen. Hierzu ist es vorgesehen, neben einer von einem Wechselrichter generierten Wechselspannung an der elektrischen Maschine auch die Eingangsgleichspannung des Wechselrichters bereitzustellen und eine Filterung der Spannungsspitzen durch Filterkomponenten an der elektrischen Maschine durchzuführen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2015/055444 A1 [0004]

Claims (7)

  1. Filterschaltung (10) für ein elektrisches Antriebssystem, wobei das elektrische Antriebssystem einen Wechselrichter (2) und eine elektrische Maschine (4) umfasst, der Wechselrichter (2) dazu ausgelegt ist, eine Eingangsgleichspannung in eine elektrische Wechselspannung zu konvertieren und die elektrische Wechselspannung über eine Kabelverbindung (3) an der elektrischen Maschine (4) bereitzustellen, wobei die Filterschaltung (10) eine erste Filtervorrichtung (11) umfasst, die an der elektrischen Maschine (4) angeordnet ist und die erste Filtervorrichtung (11) folgendes umfasst: eine erste Gleichrichterschaltung (114), mit einer ersten Gruppe von Dioden (D1) und einer zweiten Gruppe von Dioden (D2), wobei jeweils eine Diode (D1) der ersten Gruppe von Dioden zwischen einen ersten Knotenpunkt (K1) und einem Phasenanschluss der elektrischen Maschine (4) angeordnet ist, und jeweils eine Diode (D2) der zweiten Gruppe von Dioden zwischen einen zweiten Knotenpunkt (K2) und einem Phasenanschluss der elektrischen Maschine (4) angeordnet ist; ein erstes Filterelement (111); ein zweites Filterelement (112); und einen Stützkondensator (113), der zwischen dem ersten Knotenpunkt (K1) und dem zweiten Knotenpunkt (K2) angeordnet ist, wobei das erste Filterelement (111) zwischen einem Bezugspotential und dem ersten Knotenpunkt (K1) angeordnet ist und das zweite Filterelement (112) zwischen dem Bezugspotential und dem zweiten Knotenpunkt (K2) andererseits angeordnet ist.
  2. Filterschaltung (10) für ein elektrisches Antriebssystem, wobei das elektrische Antriebssystem einen Wechselrichter (2) und eine elektrische Maschine (4) umfasst, der Wechselrichter (2) dazu ausgelegt ist, eine Eingangsgleichspannung in eine elektrische Wechselspannung zu konvertieren und die elektrische Wechselspannung über eine Kabelverbindung (3) an der elektrischen Maschine (4) bereitzustellen, wobei die Filterschaltung (10) eine erste Filtervorrichtung (11) umfasst, die an der elektrischen Maschine (4) angeordnet ist und eine zweite Filterschaltung (12), die in dem Wechselrichter angeordnet ist, wobei die erste Filterschaltung (11) folgendes umfasst: eine Anschlusseinrichtung (110), die ein erste Anschlusselement (110a) und ein zweites Anschlusselement (110b) umfasst, wobei das erste Anschlusselement (110a) dazu ausgelegt ist, mit einer ersten Polarität der Eingangsgleichspannung des Wechselrichters (2) verbunden zu werden, und wobei das zweite Anschlusselement (110b) dazu ausgelegt ist, mit einer zweiten Polarität der Eingangsgleichspannung des Wechselrichters (2) verbunden zu werden; eine erste Gleichrichterschaltung (114), mit einer ersten Gruppe von Dioden (D1) und einer zweiten Gruppe von Dioden (D2), wobei jeweils eine Diode (D1) der ersten Gruppe von Dioden zwischen einen ersten Knotenpunkt (K1) und einem Phasenanschluss der elektrischen Maschine (4) angeordnet ist, und jeweils eine Diode (D2) der zweiten Gruppe von Dioden zwischen einen zweiten Knotenpunkt (K2) und einem Phasenanschluss der elektrischen Maschine (4) angeordnet ist; ein erstes Filterelement (111); ein zweites Filterelement (112); und einen Stützkondensator (113), der zwischen dem ersten Anschlusselement (110a) und dem zweiten Anschlusselement (110b) der Anschlusseinrichtung (110) angeordnet ist, wobei das erste Filterelement (111) zwischen dem ersten Anschlusselement (110a) und dem ersten Knotenpunkt (K1) angeordnet ist und das zweite Filterelement (112) zwischen dem zweiten Anschlusselement (110b) und dem zweiten Knotenpunkt (K2) angeordnet ist; und wobei die zweite Filterschaltung (12) folgendes umfasst: eine zweite Gleichrichterschaltung (214), mit einer dritten Gruppe von Dioden (D3) und einer vierten Gruppe von Dioden (D4), wobei jeweils eine Diode (D3) der dritten Gruppe von Dioden elektrisch zwischen einen dritten Knotenpunkt (K3) und einem Phasenanschluss des Wechselrichters (2) angeordnet ist, und jeweils eine Diode (D4) der vierten Gruppe von Dioden zwischen einen vierten Knotenpunkt (K4) und einem Phasenanschluss des Wechselrichters (2) angeordnet ist; ein drittes Filterelement (211); und ein viertes Filterelement (212), wobei das dritte Filterelement (211) zwischen der ersten Polarität der Eingangsgleichspannung des Wechselrichters (2) und dem dritten Knotenpunkt (K3) angeordnet ist und das vierte Filterelement (212) zwischen der zweiten Polarität der Eingangsgleichspannung des Wechselrichters (2) und dem vierten Knotenpunkt (K4) angeordnet ist.
  3. Filterschaltung (10) nach Anspruch 2, wobei die zweite Filterschaltung (12) ferner jeweils zwischen einem Ausgangsanschluss des Wechselrichters (2) und dem Bezugspotential eine weitere Filterkomponente (215) umfasst.
  4. Filterschaltung (10) nach Anspruch 3, wobei die weitere Filterkomponente (215) jeweils eine Induktivität (L) einen Kondensator (C) oder eine Serienschaltung aus einem Kondensator (C) und einem elektrischen Widerstand (R) umfasst.
  5. Filterschaltung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das dritte Filterelement (211) und das vierte Filterelement (212) jeweils eine Parallelschaltung aus einem elektrischen Widerstand und einem Kondensator umfassen.
  6. Filterschaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Filterelement (111) und das zweite Filterelement (112) jeweils eine Parallelschaltung aus einem elektrischen Widerstand und einem Kondensator umfassen.
  7. Elektrisches Antriebssystem, mit: einem Wechselrichter (2), der dazu ausgelegt ist, eine Eingangsgleichspannung in eine elektrische Wechselspannung zu konvertieren; einer elektrischen Maschine (4) ; einer Kabelverbindung (3), die dazu ausgelegt ist, die elektrische Wechselspannung des Wechselrichters (2) an der elektrischen Maschine (4) bereitzustellen; und eine Filterschaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
DE102021211686.8A 2021-10-15 2021-10-15 Filterschaltung für ein elektrisches Antriebssystem und elektrisches Antriebssystem Pending DE102021211686A1 (de)

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WO2015055444A1 (en) 2013-10-18 2015-04-23 Abb Technology Ag Control method for electrical converter with lc filter

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