DE102021215026A1 - Kit for frequency converter and frequency converter - Google Patents

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Abstract

Bausatz (100) für Frequenzumrichter (1), wobei der Bausatz (100) aufweist:- Motorregel-Module (2), die dazu ausgebildet sind, den Betrieb eines an den Frequenzumrichter (1) angeschlossenen Elektromotors (50) zu regeln,- Motoransteuer-Module (3), die dazu ausgebildet sind, den an den Frequenzumrichter (1) angeschlossenen Elektromotor (50) elektrisch anzusteuern,- Ein-/Ausgabe-Module (4), die dazu ausgebildet sind, Eingänge und Ausgänge (16) zur Verfügung zu stellen, und- Safety-Module (5) eines ersten Typs, die dazu ausgebildet sind, Funktionen der funktionalen Sicherheit eines ersten Typs zur Verfügung zu stellen,- wobei die Frequenzumrichter (1) durch Kombinieren der Funktions-Module (2, 3, 4, 5) herstellbar sind.Kit (100) for frequency converter (1), the kit (100) having: - motor control modules (2) which are designed to regulate the operation of an electric motor (50) connected to the frequency converter (1), - motor control - modules (3) which are designed to electrically control the electric motor (50) connected to the frequency converter (1), - input/output modules (4) which are designed to provide inputs and outputs (16). to provide, and- safety modules (5) of a first type, which are designed to provide functional safety functions of a first type,- the frequency converter (1) by combining the function modules (2, 3, 4, 5) can be produced.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bausatz für Frequenzumrichter, der eine möglichst flexible und kostengünstige Herstellung von Frequenzumrichtern ermöglicht. Die Erfindung betrifft weiter Frequenzumrichter zusammengesetzt aus dem Bausatz.The invention relates to a kit for frequency converters that enables frequency converters to be manufactured as flexibly and cost-effectively as possible. The invention further relates to frequency converters composed of the kit.

Der Bausatz für Frequenzumrichter weist Motorregel-Module auf, die dazu ausgebildet sind, den Betrieb eines an den Frequenzumrichter angeschlossenen Elektromotors zu regeln, beispielsweise indem eine sogenannte Vektorreglung durchgeführt wird.The kit for frequency converters has motor control modules that are designed to control the operation of an electric motor connected to the frequency converter, for example by carrying out what is known as vector control.

Der Bausatz für Frequenzumrichter weist weiter Motoransteuer-Module auf, die dazu ausgebildet sind, den an den Frequenzumrichter angeschlossenen Elektromotor elektrisch anzusteuern. Die Motoransteuer-Module können beispielsweise unter anderem einen dreiphasigen Wechselrichter aufweisen, der mittels einer Pulsweitenmodulation Phasensignale für einen dreiphasigen Elektromotor erzeugt.The kit for frequency converters also has motor control modules that are designed to electrically control the electric motor connected to the frequency converter. The motor control modules can, for example, have, among other things, a three-phase inverter that generates phase signals for a three-phase electric motor by means of pulse width modulation.

Der Bausatz für Frequenzumrichter weist weiter, insbesondere digitale, Ein-/Ausgabe-Module auf, die dazu ausgebildet sind, eine, insbesondere digitale, Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle zur Verfügung zu stellen.The kit for frequency converters also has input/output modules, in particular digital ones, which are designed to provide an input/output interface, in particular digital ones.

Der Bausatz für Frequenzumrichter weist weiter Safety-Module eines ersten Typs auf, die dazu ausgebildet sind, Funktionen der funktionalen Sicherheit eines ersten Typs zur Verfügung zu stellen, beispielsweise eine so genannte Safe Torque Off STO-Funktion.The kit for frequency converters also has safety modules of a first type, which are designed to provide functional safety functions of a first type, for example what is known as a Safe Torque Off STO function.

Die Frequenzumrichter sind durch Kombinieren bzw. Zusammenschalten mindestens eines der Funktions-Module herstellbar.The frequency converters can be produced by combining or interconnecting at least one of the function modules.

In einer Ausführungsform weist der Bausatz weiter Lagegeber-Module auf, die dazu ausgebildet sind, eine Drehwinkelstellung des an den Frequenzumrichter angeschlossenen Elektromotors zu erfassen. Die Lagegeber-Module können beispielsweise basierend auf Encoder-Signalen, Resolver-Signalen, SinCos-Absolutwertgeber-Signalen, TTL-Inkrementalgeber-Signalen, usw. die Drehwinkelstellung erfassen.In one embodiment, the kit also has position sensor modules that are designed to detect a rotational angle position of the electric motor connected to the frequency converter. The position encoder modules can, for example, based on encoder signals, resolver signals, SinCos absolute value encoder signals, TTL incremental encoder signals, etc., detect the angle of rotation.

In einer Ausführungsform weist der Bausatz weiter Bremsen-Module auf, die dazu ausgebildet sind, eine elektromechanische Motor-Bremse anzusteuern.In one embodiment, the kit also has brake modules that are designed to control an electromechanical motor brake.

In einer Ausführungsform weist der Bausatz weiter Feldbus-Module auf, die dazu ausgebildet sind, eine Feldbus-Schnittstelle zur Verfügung zu stellen. Die Feldbusschnittstelle kann beispielsweise eine EtherCAT Schnittstelle, eine CAN Schnittstelle oder eine PROFINET-Schnittstelle sein.In one embodiment, the kit also has fieldbus modules that are designed to provide a fieldbus interface. The fieldbus interface can be, for example, an EtherCAT interface, a CAN interface or a PROFINET interface.

In einer Ausführungsform weist der Bausatz weiter Zwischenkreisverbund-Module auf, die dazu ausgebildet sind, mehrere Frequenzumrichter in einem Zwischenkreisverbund miteinander elektrisch zu koppeln. Die Zwischenkreisverbund-Module können beispielsweise zur Ausbildung einer zweipoligen Stromschiene vorgesehen sein.In one embodiment, the kit also has intermediate circuit group modules which are designed to electrically couple a plurality of frequency converters to one another in an intermediate circuit group. The intermediate circuit group modules can be provided, for example, to form a two-pole busbar.

In einer Ausführungsform weist der Bausatz weiter Safety-Module eines zweiten Typs auf, die dazu ausgebildet sind, Funktionen der funktionalen Sicherheit eines zweiten Typs zur Verfügung zu stellen, beispielsweise eine Safe Stop SS1-Funktion, und/oder eine Safe Stop SS2-Funktion, und/oder Funktionen einer Sicherheitsbus-Schnittstelle, insbesondere einer FailSafe over EtherCAT FSoE-Schnittstelle. Entsprechende Normen zur funktionalen Sicherheit des ersten Typs und des zweiten Typs sind beispielsweise die EN ISO 13849 und die EN / IEC 62061.In one embodiment, the kit further has safety modules of a second type, which are designed to provide functional safety functions of a second type, for example a Safe Stop SS1 function and/or a Safe Stop SS2 function, and/or functions of a safety bus interface, in particular a FailSafe over EtherCAT FSoE interface. Corresponding standards for functional safety of the first type and the second type are, for example, EN ISO 13849 and EN / IEC 62061.

In einer Ausführungsform weist der Bausatz weiter SPS-Module auf, die dazu ausgebildet sind, Funktionen einer speicherprogrammierbaren Steuerung zur Verfügung zu stellen.In one embodiment, the kit also has PLC modules that are designed to provide functions of a programmable logic controller.

In einer Ausführungsform weist ein jeweiliges Funktions-Modul auf: spezifische, zu dem Funktions-Modul gehörende Bauelemente, und eine spezifische, zu dem Funktions-Modul gehörende Schnittstelle zum Datenaustausch mit einem oder mehreren weiteren Funktionsmodulen. Die Bauelemente können beispielsweise eine Leiterplatte bzw. Leiterplattenbereiche, passive Bauelemente, aktive Bauelemente, Mikroprozessoren, Speicherbauelemente, Leistungsbauelemente, usw. sein bzw. aufweisen. Die Schnittstelle ist bevorzugt digital ausgeführt. Die Schnittstelle kann beispielsweise seriell, parallel, synchron, asynchron, usw. ausgeführt sein. Bevorzugt findet eine Datenübertragung über die Schnittstelle nach einem vorgegebenen und immer gleichen Protokoll statt.In one embodiment, a respective functional module has: specific components belonging to the functional module, and a specific interface belonging to the functional module for data exchange with one or more further functional modules. The components can be or have, for example, a printed circuit board or printed circuit board areas, passive components, active components, microprocessors, memory components, power components, etc. The interface is preferably implemented digitally. The interface can be serial, parallel, synchronous, asynchronous, etc., for example. Data is preferably transmitted via the interface according to a predetermined protocol that is always the same.

Der Frequenzumrichter ist zusammengesetzt aus einem oben beschriebenen Bausatz.The frequency converter consists of a kit as described above.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert beschrieben. Hierbei zeigt:

  • 1 hoch schematisch einen Bausatz für Frequenzumrichter und einen exemplarisch aus dem Bausatz zusammengesetzten Frequenzumrichter.
The invention is described in detail below with reference to the drawing. This shows:
  • 1 highly schematic of a kit for frequency converters and an example of a frequency converter assembled from the kit.

1 zeigt hoch schematisch einen Bausatz 100 für Frequenzumrichter und einen exemplarisch aus dem Bausatz zusammengesetzten Frequenzumrichter 1. 1 shows a highly schematic kit 100 for frequency converters and an example Frequency converter assembled from the kit 1.

Der Bausatz 100 für Frequenzumrichter weist auf: Motorregel-Module 2, die dazu ausgebildet sind, den Betrieb eines an den Frequenzumrichter 1 angeschlossenen Elektromotors 50 zu regeln, Motoransteuer-Module 3, die dazu ausgebildet sind, den an den Frequenzumrichter 1 angeschlossenen Elektromotor 50 elektrisch anzusteuern, Ein-/Ausgabe-Module 4, die dazu ausgebildet sind, Eingänge und Ausgänge 16 zur Verfügung zu stellen, Safety-Module 5 eines ersten Typs, die dazu ausgebildet sind, Funktionen der funktionalen Sicherheit eines ersten Typs zur Verfügung zu stellen, Safety-Module 10 eines zweiten Typs, die dazu ausgebildet sind, Funktionen der funktionalen Sicherheit eines zweiten Typs zur Verfügung zu stellen, Lagegeber-Module 6, die dazu ausgebildet sind, eine Drehwinkelstellung des an den Frequenzumrichter 1 angeschlossenen Elektromotors 50 zu erfassen, Bremsen-Module 7, die dazu ausgebildet sind, eine elektromechanische Motor-Bremse 60 anzusteuern, Feldbus-Module 8, die dazu ausgebildet sind, eine Feldbus-Schnittstelle 17 zur Verfügung zu stellen, Zwischenkreisverbund-Module 9, die dazu ausgebildet sind, mehrere Frequenzumrichter 1 in einem Zwischenkreisverbund miteinander zu koppeln, und SPS-Module 11, die dazu ausgebildet sind, Funktionen einer speicherprogrammierbaren Steuerung zur Verfügung zu stellen.The kit 100 for frequency converters has: motor control modules 2, which are designed to control the operation of an electric motor 50 connected to the frequency converter 1, motor control modules 3, which are designed to electrically control the electric motor 50 connected to the frequency converter 1 to control input/output modules 4, which are designed to provide inputs and outputs 16, safety modules 5 of a first type, which are designed to provide functional safety functions of a first type, safety Modules 10 of a second type, which are designed to provide functional safety functions of a second type, position sensor modules 6, which are designed to detect an angular position of the electric motor 50 connected to the frequency converter 1, brake modules 7, which are designed to control an electromechanical motor brake 60, fieldbus modules 8, which are designed to provide a fieldbus interface 17 available, DC link network modules 9, which are designed to several frequency converter 1 in one To couple intermediate circuit group together, and PLC modules 11, which are designed to provide functions of a programmable logic controller available.

Ein jeweiliges Funktions-Modul 2 bis 11 weist hierbei Bauelemente 12, 13, 14, optional Software und eine Schnittstelle 15 zum Datenaustausch mit anderen Funktionsmodulen 2 bis 11 und gegebenenfalls weiteren Komponenten auf. Es versteht sich, dass die Bauelemente 12, 13, 14 und die Schnittstelle 15 lediglich exemplarische Platzhalter darstellen. Insbesondere weisen die Funktionsmodule 2 bis 11 eine individuelle Anzahl individueller Bauelemente und typisch eine individuelle Schnittstelle auf. Signale werden über die Schnittstelle 15 eines jeweiligen Funktions-Moduls immer identisch ausgegeben und empfangen.A respective function module 2 to 11 in this case has components 12, 13, 14, optionally software and an interface 15 for data exchange with other function modules 2 to 11 and possibly other components. It goes without saying that the components 12, 13, 14 and the interface 15 merely represent exemplary placeholders. In particular, the function modules 2 to 11 have an individual number of individual components and typically an individual interface. Signals are always output and received identically via the interface 15 of a respective function module.

Die Funktionsmodule 2 bis 11 oder ein Teil der Funktionsmodule 2 bis 11 können beispielsweise auf einer eigenen Leiterplatte mit einer nach außen geführten Schnittstelle 15 aufgebaut sein. Alternativ können die Funktionsmodule 2 bis 11 oder ein Teil der Funktionsmodule 2 bis 11 in einem vorgegebenen Bereich einer Leiterplatte aufgebaut sein, wobei die Schnittstelle 15 über eine Anzahl von Leiterbahnen auf der Leiterplatte gebildet ist.The function modules 2 to 11 or a part of the function modules 2 to 11 can be constructed, for example, on a separate printed circuit board with an interface 15 led to the outside. Alternatively, the function modules 2 to 11 or part of the function modules 2 to 11 can be constructed in a predetermined area of a printed circuit board, with the interface 15 being formed by a number of conductor tracks on the printed circuit board.

Der exemplarisch dargestellt Frequenzumrichter 1 ist zusammengesetzt aus den Funktionsmodulen 2 bis 8 des Bausatzes 100, wobei die Funktionsmodule 2 bis 8 zumindest teilweise mittels ihrer jeweiligen Schnittstellen 15 miteinander gekoppelt sind.The frequency converter 1 shown as an example is made up of the function modules 2 to 8 of the kit 100, the function modules 2 to 8 being at least partially coupled to one another by means of their respective interfaces 15.

Soll nun ein weiterer Frequenzumrichter entwickelt werden, kann dieser in Abhängigkeit von den funktionalen Anforderungen an den weiteren Frequenzumrichter einfach aus den Funktionsmodulen 2 bis 11 des Bausatzes 100 zusammengestellt werden. Der weitere Frequenzumrichter kann je nach Anforderung die gleichen Funktionsmodule 2 bis 8 oder andere/alle Funktionsmodule des Bausatzes 100 enthalten. Der weitere Frequenzumrichter kann auch mehrere Funktionsmodule desselben Typs enthalten, beispielsweise zwei Motoransteuer-Module 3.If a further frequency converter is now to be developed, this can simply be put together from the function modules 2 to 11 of the kit 100, depending on the functional requirements for the further frequency converter. Depending on the requirements, the additional frequency converter can contain the same function modules 2 to 8 or other/all function modules of kit 100. The additional frequency converter can also contain several function modules of the same type, for example two motor control modules 3.

Die Funktionsmodule 2 bis 11 sind bevorzugt standardisiert und weisen bevorzugt einen immer gleichen Funktionsumfang auf. Die Funktionsmodule 2 bis 11 weisen bevorzugt eine immer gleiche Soft- und typgleiche Hardware auf.The function modules 2 to 11 are preferably standardized and preferably always have the same range of functions. The function modules 2 to 11 preferably always have the same software and hardware of the same type.

Mittels des erfindungsgemäßem Bausatzes 100 können Frequenzumrichter ohne grundsätzliche Neuentwicklung einfach nach funktionalem Bedarf zusammengestellt werden.By means of the kit 100 according to the invention, frequency converters can be put together simply according to functional requirements without any fundamental new development.

Claims (9)

Bausatz (100) für Frequenzumrichter (1), wobei der Bausatz (100) aufweist: - Motorregel-Module (2), die dazu ausgebildet sind, den Betrieb eines an den Frequenzumrichter (1) angeschlossenen Elektromotors (50) zu regeln, - Motoransteuer-Module (3), die dazu ausgebildet sind, den an den Frequenzumrichter (1) angeschlossenen Elektromotor (50) elektrisch anzusteuern, - Ein-/Ausgabe-Module (4), die dazu ausgebildet sind, Eingänge und Ausgänge (16) zur Verfügung zu stellen, und - Safety-Module (5) eines ersten Typs, die dazu ausgebildet sind, Funktionen der funktionalen Sicherheit eines ersten Typs zur Verfügung zu stellen, - wobei die Frequenzumrichter (1) durch Kombinieren der Funktions-Module (2, 3, 4, 5) herstellbar sind.Kit (100) for frequency converter (1), the kit (100) having: - Motor control modules (2) which are designed to control the operation of an electric motor (50) connected to the frequency converter (1), - Motor control modules (3), which are designed to electrically control the electric motor (50) connected to the frequency converter (1), - input/output modules (4) designed to provide inputs and outputs (16), and - Safety modules (5) of a first type, which are designed to provide functional safety functions of a first type, - The frequency converter (1) can be produced by combining the function modules (2, 3, 4, 5). Bausatz (100) für Frequenzumrichter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - der Bausatz (100) weiter Lagegeber-Module (6) aufweist, die dazu ausgebildet sind, eine Drehwinkelstellung des an den Frequenzumrichter (1) angeschlossenen Elektromotors (50) zu erfassen.Kit (100) for frequency converter (1) according to claim 1 , characterized in that - the kit (100) further has position sensor modules (6) which are designed to detect an angular position of the electric motor (50) connected to the frequency converter (1). Bausatz (100) für Frequenzumrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Bausatz (100) weiter Bremsen-Module (7) aufweist, die dazu ausgebildet sind, eine elektromechanische Motor-Bremse (60) anzusteuern.Kit (100) for frequency converter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the kit (100) further has brake modules (7) which are designed to control an electromechanical motor brake (60). Bausatz (100) für Frequenzumrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Bausatz (100) weiter Feldbus-Module (8) aufweist, die dazu ausgebildet sind, eine Feldbus-Schnittstelle (17) zur Verfügung zu stellen.Kit (100) for frequency converter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the kit (100) further has fieldbus modules (8) which are designed to provide a fieldbus interface (17). . Bausatz (100) für Frequenzumrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Bausatz (100) weiter Zwischenkreisverbund-Module (9) aufweist, die dazu ausgebildet sind, mehrere Frequenzumrichter (1) in einem Zwischenkreisverbund miteinander zu koppeln.Kit (100) for frequency converters (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the kit (100) further has intermediate circuit network modules (9) which are designed to couple a plurality of frequency converters (1) to one another in an intermediate circuit network . Bausatz (100) für Frequenzumrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Bausatz (100) weiter Safety-Module (10) eines zweiten Typs aufweist, die dazu ausgebildet sind, Funktionen der funktionalen Sicherheit eines zweiten Typs zur Verfügung zu stellen.Kit (100) for frequency converter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the kit (100) further comprises safety modules (10) of a second type, which are designed to provide functional safety functions of a second type To make available. Bausatz (100) für Frequenzumrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Bausatz (100) weiter SPS-Module (11) aufweist, die dazu ausgebildet sind, Funktionen einer speicherprogrammierbaren Steuerung zur Verfügung zu stellen.Kit (100) for frequency converter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the kit (100) further has PLC modules (11) which are designed to provide functions of a programmable logic controller. Bausatz (100) für Frequenzumrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - ein jeweiliges Funktions-Modul (2-11) aufweist: - spezifische, zu dem Funktions-Modul (2-11) gehörende Bauelemente (12, 13, 14), und - eine spezifische, zu dem Funktions-Modul (2-11) gehörende Schnittstelle (15) zum Datenaustausch mit einem oder mehreren weiteren Funktionsmodulen (2-11).Kit (100) for frequency converter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - a respective function module (2-11) has: - specific components (12) belonging to the function module (2-11), 13, 14), and - a specific interface (15) belonging to the functional module (2-11) for data exchange with one or more further functional modules (2-11). Frequenzumrichter (1) zusammengesetzt aus einem Bausatz (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Frequency converter (1) composed of a kit (100) according to one of the preceding claims.
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