DE102022000172A1 - circuit unit and drive unit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaltungseinheit (10) zur Versorgung eines dreiphasigen Elektromotors (50), umfassend einen Wechselrichter (20), welcher eingangsseitig an einen Gleichstromkreis anschließbar ist, und welcher ausgangsseitig an einen ersten Phasenleiter (51), einen zweiten Phasenleiter (52) und einen dritten Phasenleiter (53) zum Anschluss des dreiphasigen Elektromotors (50) angeschlossen ist, wobei die Schaltungseinheit (10) einen ersten Schalter (S1) zur Verbindung des ersten Phasenleiters (51) mit einem Sternpunkt (55), einen zweiten Schalter (S2) zur Verbindung des zweiten Phasenleiters (52) mit dem Sternpunkt (55) und einen dritten Schalter (S3) zur Verbindung des dritten Phasenleiters (53) mit dem Sternpunkt (55) aufweist, wobei die Schalter (S1, S2, S3) als selbstleitende Feldeffekttransistoren ausgeführt sind. Die Erfindung betrifft auch eine Antriebseinheit, insbesondere für ein fahrerloses Transportfahrzeug, umfassend mindestens eine erfindungsgemäße Schaltungseinheit (10) und mindestens einen dreiphasigen Elektromotor (50), welcher an den ersten Phasenleiter (51), an den zweiten Phasenleiter (52) und an den dritten Phasenleiter (53) der mindestens einen Schaltungseinheit (10) angeschlossen ist.The invention relates to a circuit unit (10) for supplying a three-phase electric motor (50), comprising an inverter (20) which can be connected to a DC circuit on the input side and which can be connected on the output side to a first phase conductor (51), a second phase conductor (52) and a third phase conductor (53) for connecting the three-phase electric motor (50), the circuit unit (10) having a first switch (S1) for connecting the first phase conductor (51) to a star point (55), a second switch (S2) for connecting the second phase conductor (52) to the neutral point (55) and a third switch (S3) for connecting the third phase conductor (53) to the neutral point (55), the switches (S1, S2, S3) being self-conducting field effect transistors are executed. The invention also relates to a drive unit, in particular for a driverless transport vehicle, comprising at least one circuit unit (10) according to the invention and at least one three-phase electric motor (50) which is connected to the first phase conductor (51), to the second phase conductor (52) and to the third Phase conductor (53) is connected to the at least one circuit unit (10).
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungseinheit zur Versorgung eines dreiphasigen Elektromotors, umfassend einen Wechselrichter, welcher eingangsseitig an einen Gleichstromkreis anschließbar ist, und welcher ausgangsseitig an einen ersten Phasenleiter, einen zweiten Phasenleiter und einen dritten Phasenleiter zum Anschluss des dreiphasigen Elektromotors angeschlossen ist. Die Erfindung betrifft auch eine Antriebseinheit, insbesondere für ein fahrerloses Transportfahrzeug, welche mindestens eine erfindungsgemäße Schaltungseinheit umfasst.The invention relates to a circuit unit for supplying a three-phase electric motor, comprising an inverter which can be connected to a DC circuit on the input side and which is connected on the output side to a first phase conductor, a second phase conductor and a third phase conductor for connecting the three-phase electric motor. The invention also relates to a drive unit, in particular for a driverless transport vehicle, which comprises at least one circuit unit according to the invention.
Aus der
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungseinheit zur Versorgung eines dreiphasigen Elektromotors sowie eine Antriebseinheit der eingangs genannten Art weiterzubilden.The invention is based on the object of further developing a circuit unit for supplying a three-phase electric motor and a drive unit of the type mentioned at the outset.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungseinheit zur Versorgung eines dreiphasigen Elektromotors mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Aufgabe wird auch durch eine Antriebseinheit mit den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen gelöst.The object is achieved according to the invention by a circuit unit for supplying a three-phase electric motor with the features specified in
Eine erfindungsgemäße Schaltungseinheit zur Versorgung eines dreiphasigen Elektromotors umfasst einen Wechselrichter, welcher eingangsseitig an einen Gleichstromkreis anschließbar ist, und welcher ausgangsseitig an einen ersten Phasenleiter, einen zweiten Phasenleiter und einen dritten Phasenleiter zum Anschluss des dreiphasigen Elektromotors angeschlossen ist. Die Schaltungseinheit weist dabei einen ersten Schalter zur Verbindung des ersten Phasenleiters mit einem Sternpunkt, einen zweiten Schalter zur Verbindung des zweiten Phasenleiters mit dem Sternpunkt und einen dritten Schalter zur Verbindung des dritten Phasenleiters mit dem Sternpunkt auf. Dabei sind die Schalter als selbstleitende Feldeffekttransistoren ausgeführt.A circuit unit according to the invention for supplying a three-phase electric motor includes an inverter which can be connected to a DC circuit on the input side and which is connected on the output side to a first phase conductor, a second phase conductor and a third phase conductor for connecting the three-phase electric motor. The circuit unit has a first switch for connecting the first phase conductor to a neutral point, a second switch for connecting the second phase conductor to the neutral point and a third switch for connecting the third phase conductor to the neutral point. The switches are designed as self-conducting field effect transistors.
Im Betrieb der Schaltungseinheit und des Elektromotors wird eine Steuerspannung an die Steuereingänge der Schalter angelegt. Dadurch sind die Schalter elektrisch hochohmig. Bei Abwesenheit der Steuerspannung an den Steuereingängen werden die Schalter elektrisch leitend und bilden somit jeweils ein Kurzschluss zwischen einem der Phasenleiter und dem Sternpunkt. Bei Ausfall der Steuerspannung wird der Elektromotor somit automatisch kurzgeschlossen und dadurch abgebremst. Bei Ausfall der Steuerspannung, insbesondere bei einem Netzausfall, kommt der Elektromotor somit automatisch zum Stillstand.During operation of the switching unit and the electric motor, a control voltage is applied to the control inputs of the switches. As a result, the switches are electrically high-impedance. In the absence of the control voltage at the control inputs, the switches become electrically conductive and thus each form a short circuit between one of the phase conductors and the neutral point. If the control voltage fails, the electric motor is automatically short-circuited and thus braked. If the control voltage fails, especially if there is a power failure, the electric motor will automatically come to a standstill.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Wechselrichter ein negatives Terminal zum Anschluss an einen negativen Pol des Gleichstromkreises und ein positives Terminal zum Anschluss an einen positiven Pol des Gleichstromkreises auf. Der besagte Gleichstromkreis ist beispielsweise ein Zwischenkreis eines Umrichters. Die Schaltungseinheit ist somit vorteilhaft in einem Umrichter einsetzbar, welcher auch einen Gleichrichter zur Gleichrichtung einer einphasigen oder dreiphasigen Netzspannung umfasst.According to an advantageous embodiment of the invention, the inverter has a negative terminal for connection to a negative pole of the DC circuit and a positive terminal for connection to a positive pole of the DC circuit. Said DC circuit is, for example, an intermediate circuit of a converter. The circuit unit can thus be used advantageously in a converter which also includes a rectifier for rectifying a single-phase or three-phase mains voltage.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Sternpunkt dabei mit dem negativen Terminal des Wechselrichters verbunden.According to an advantageous development of the invention, the star point is connected to the negative terminal of the inverter.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Sternpunkt mit dem positiven Terminal des Wechselrichters verbunden.According to another advantageous development of the invention, the star point is connected to the positive terminal of the inverter.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Sternpunkt isoliert, also weder mit dem negativen Terminal noch mit dem positiven Terminal des Wechselrichters verbunden.According to another advantageous development of the invention, the star point is isolated, ie connected neither to the negative terminal nor to the positive terminal of the inverter.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Wechselrichter einen ersten Schalttransistor zur Verbindung des positiven Terminals mit dem ersten Phasenleiter, einen zweiten Schalttransistor zur Verbindung des positiven Terminals mit dem zweiten Phasenleiter, einen dritten Schalttransistor zur Verbindung des positiven Terminals mit dem dritten Phasenleiter, einen vierten Schalttransistor zur Verbindung des negativen Terminals mit dem ersten Phasenleiter, einen fünften Schalttransistor zur Verbindung des negativen Terminals mit dem zweiten Phasenleiter und einen sechsten Schalttransistor zur Verbindung des negativen Terminals mit dem dritten Phasenleiter auf.According to a preferred embodiment of the invention, the inverter has a first switching transistor for connecting the positive terminal to the first phase conductor, a second switching transistor for connecting the positive terminal to the second phase conductor, a third switching transistor for connecting the positive terminal to the third phase conductor, a fourth switching transistor for connecting the negative terminal to the first phase conductor, a fifth switching transistor for connecting the negative terminal to the second phase conductor and a sixth switching transistor for connecting the negative terminal to the third phase conductor.
Im Betrieb der Schaltungseinheit und des Elektromotors werden an die Steuereingänge der Schalttransistoren hochfrequente Steuerspannungen angelegt. Dadurch sind die Schalter abwechselnd elektrisch hochohmig und elektrisch leitend. Bei Abwesenheit der Steuerspannungen an den Steuereingängen werden die Schalttransistoren elektrisch hochohmig. Zum Abbremsen des Elektromotors werden die Steuerspannungen von den Steuereingängen der Schalttransistoren und von den Steuereingängen der Schalter abgeschaltet. Der Elektromotor wird dadurch automatisch kurzgeschlossen und somit abgebremst. Zwischen dem positiven Terminal und dem negativen Terminal entsteht dabei kein Kurzschluss.During operation of the circuit unit and the electric motor, high-frequency control voltages are applied to the control inputs of the switching transistors. As a result, the switches are alternately electrically high-impedance and electrically conductive. In the absence of the control voltages at the control inputs, the switching transistors become electrically highly resistive. To brake the electric motor, the control voltages are switched off from the control inputs of the switching transistors and from the control inputs of the switches. The electric motor is thereby automatically short-circuited and thus slowed down. There is no short circuit between the positive terminal and the negative terminal.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens einer der Schalter als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor ausgeführt. Vorzugsweise sind dabei alle Schalter als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor ausgeführt.According to an advantageous embodiment of the invention, at least one of the switches is designed as a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor. In this case, all switches are preferably designed as metal-oxide-semiconductor field-effect transistors.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens einer der Schalter als Sperrschicht-Feldeffekttransistor ausgeführt. Vorzugsweise sind dabei alle Schalter als Sperrschicht-Feldeffekttransistor ausgeführt.According to an advantageous embodiment of the invention, at least one of the switches is designed as a junction field effect transistor. In this case, all switches are preferably designed as junction field effect transistors.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens einer der Schalter als Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistor ausgeführt. Vorzugsweise sind dabei alle Schalter als Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistor ausgeführt.According to an advantageous embodiment of the invention, at least one of the switches is designed as a metal-semiconductor field-effect transistor. In this case, all switches are preferably designed as metal-semiconductor field-effect transistors.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist seriell zu den Schaltern jeweils ein Schaltelement geschaltet, welches eine Parallelschaltung aus einer Sicherung und einem Bremswiderstand aufweist. Bei einem Kurzschluss zwischen den Phasenleitern und dem Sternpunkt fließt ein Kurzschlussstrom mit einer verhältnismäßig hohen Stromstärke durch die Schalter und die Sicherungen. Wenn die Stromstärke einen vorgegebenen Höchstwert überschreitet, so lösen die Sicherungen der Schaltelemente aus. Der Strom fließt daraufhin durch die Schalter und durch die parallel zu den Sicherungen geschalteten Bremswiderstände. Dadurch wird die Stromstärke verringert. Somit werden die Schalter vor zu hohen Kurzschlussströmen geschützt.According to an advantageous development of the invention, a switching element is connected in series with the switches in each case, which has a parallel connection of a fuse and a braking resistor. In the event of a short-circuit between the phase conductors and the neutral point, a short-circuit current with a relatively high amperage flows through the switches and the fuses. If the current exceeds a specified maximum value, the fuses in the switching elements will trip. The current then flows through the switches and through the braking resistors connected in parallel with the fuses. This reduces the current strength. This protects the switches from excessive short-circuit currents.
Eine erfindungsgemäße Antriebseinheit, insbesondere für ein fahrerloses Transportfahrzeug, umfasst mindestens eine erfindungsgemäße Schaltungseinheit und mindestens einen dreiphasigen Elektromotor, welcher an den ersten Phasenleiter, an den zweiten Phasenleiter und an den dritten Phasenleiter der mindestens einen Schaltungseinheit angeschlossen ist. Das fahrerlose Transportfahrzeug umfasst vorzugsweise auch einen elektrischen Energiespeicher, welcher an den Gleichstromkreis angeschlossen ist, an welchen der Wechselrichter der Schaltungseinheit eingangsseitig angeschlossen ist.A drive unit according to the invention, in particular for a driverless transport vehicle, comprises at least one circuit unit according to the invention and at least one three-phase electric motor which is connected to the first phase conductor, the second phase conductor and the third phase conductor of the at least one circuit unit. The driverless transport vehicle preferably also includes an electrical energy store which is connected to the DC circuit to which the inverter of the circuit unit is connected on the input side.
Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.The invention is not limited to the combination of features of the claims. For the person skilled in the art, there are further meaningful combinations of claims and/or individual claim features and/or features of the description and/or the figures, in particular from the task and/or the task arising from comparison with the prior art.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Abbildungen stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. Es zeigen:
-
1 : eine schematische Darstellung einer Antriebseinheit für ein fahrerloses Transportfahrzeug mit einer Schaltungseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform und -
2 : eine schematische Darstellung einer Antriebseinheit für ein fahrerloses Transportfahrzeug mit einer Schaltungseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform.
-
1 : a schematic representation of a drive unit for a driverless transport vehicle with a circuit unit according to a first embodiment and -
2 1: a schematic representation of a drive unit for a driverless transport vehicle with a circuit unit according to a second embodiment.
Die Schaltungseinheit 10 dient zur Versorgung des dreiphasigen Elektromotors 50 und umfasst einen Wechselrichter 20, einen ersten Phasenleiter 51, einen zweiten Phasenleiter 52 und einen dritten Phasenleiter 53. Der Wechselrichter 20 ist dabei ausgangsseitig an den ersten Phasenleiter 51, den zweiten Phasenleiter 52 und den dritten Phasenleiter 53 angeschlossen. Der Elektromotor 50 ist ebenfalls an den ersten Phasenleiter 51, an den zweiten Phasenleiter 52 und an den dritten Phasenleiter 53 der Schaltungseinheit 10 angeschlossen.The
Der Wechselrichter 20 ist eingangsseitig an einen Gleichstromkreis angeschlossen. Dazu weist der Wechselrichter 20 ein negatives Terminal 27 zum Anschluss an einen negativen Pol des Gleichstromkreises und ein positives Terminal 28 zum Anschluss an einen positiven Pol des Gleichstromkreises auf. Der besagte Gleichstromkreis ist beispielsweise ein Zwischenkreis eines Umrichters und weist einen Zwischenkreiskondensator auf, welcher zwischen dem negativen Terminal 27 und dem positiven Terminal 28 angeschlossen ist.The
Der Wechselrichter 20 weist einen ersten Schalttransistor 21 zur Verbindung des positiven Terminals 22 mit dem ersten Phasenleiter 51, einen zweiten Schalttransistor 22 zur Verbindung des positiven Terminals 22 mit dem zweiten Phasenleiter 52, einen dritten Schalttransistor 23 zur Verbindung des positiven Terminals 22 mit dem dritten Phasenleiter 53, einen vierten Schalttransistor 24 zur Verbindung des negativen Terminals 21 mit dem ersten Phasenleiter 51, einen fünften Schalttransistor 25 zur Verbindung des negativen Terminals 21 mit dem zweiten Phasenleiter 52 und einen sechsten Schalttransistor 26 zur Verbindung des negativen Terminals 21 mit dem dritten Phasenleiter 53 auf. Die Schalttransistoren 21, 22, 23, 24, 25, 26 sind beispielsweise als selbstsperrende Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren ausgeführt.The
Die Schalttransistoren 21, 22, 23, 24, 25, 26 weisen jeweils einen Steuereingang 40 auf, welcher mit einem GATE-Anschluss des jeweiligen Schalttransistors 21, 22, 23, 24, 25, 26 verbunden ist. Durch Anlegen einer Steuerspannung an den jeweiligen Steuereingang 40 wird der entsprechende Schalttransistor 21, 22, 23, 24, 25, 26 elektrisch leitend. Bei Abwesenheit einer Steuerspannung an dem jeweiligen Steuereingang 40 ist der entsprechende Schalttransistor 21, 22, 23, 24, 25, 26 elektrisch hochohmig.The switching
Die Schaltungseinheit 10 weist ferner einen ersten Schalter S1 zur Verbindung des ersten Phasenleiters 51 mit einem Sternpunkt 55, einen zweiten Schalter S2 zur Verbindung des zweiten Phasenleiters 52 mit dem Sternpunkt 55 und einen dritten Schalter S3 zur Verbindung des dritten Phasenleiters 53 mit dem Sternpunkt 55 auf. Die besagten Schalter S1, S2, S3 sind dabei als selbstleitende Feldeffekttransistoren ausgeführt.
Die Schalter S1, S2, S3 sind beispielsweise als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor also als MOSFET, ausgeführt. Die Schalter S1, S2, S3 sind beispielsweise als Sperrschicht-Feldeffekttransistor, also als SFET oder als JFET, ausgeführt. Die Schalter S1, S2, S3 sind beispielsweise als Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistoren, also als MESFET, ausgeführt. Vorzugsweise sind alle Schalter S1, S2, S3 gleichartig ausgeführt.The switches S1, S2, S3 are designed, for example, as metal-oxide-semiconductor field effect transistors, ie as MOSFETs. The switches S1, S2, S3 are designed, for example, as a junction field effect transistor, ie as an SFET or as a JFET. The switches S1, S2, S3 are designed, for example, as metal-semiconductor field-effect transistors, ie as MESFETs. All switches S1, S2, S3 are preferably designed in the same way.
Die Schalter S1, S2, S3 weisen jeweils einen Steuereingang 40 auf, welcher mit einem GATE-Anschluss des jeweiligen Schalters S1, S2, S3 verbunden ist. Durch Anlegen einer Steuerspannung an den jeweiligen Steuereingang 40 wird der entsprechende Schalter S1, S2, S3 elektrisch hochohmig. Bei Abwesenheit einer Steuerspannung an dem jeweiligen Steuereingang 40 ist der entsprechende Schalter S1, S2, S3 elektrisch leitend und bildet somit ein Kurzschluss zwischen einem der Phasenleiter 51, 52, 53 und dem Sternpunkt 55.The switches S1, S2, S3 each have a
Der Sternpunkt 55 ist vorliegend isoliert. Insbesondere weist der Sternpunkt 55 also keine unmittelbare elektrische Verbindung zu dem negativen Terminal 27 oder zu dem positiven Terminal 28 auf.The
Die Schaltungseinheit 10 gemäß der zweiten Ausführungsform ist weitgehend gleich der in
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Schaltungseinheitcircuit unit
- 2020
- Wechselrichterinverter
- 2121
- erster Schalttransistorfirst switching transistor
- 2222
- zweiter Schalttransistorsecond switching transistor
- 2323
- dritter Schalttransistorthird switching transistor
- 2424
- vierter Schalttransistorfourth switching transistor
- 2525
- fünfter Schalttransistorfifth switching transistor
- 2626
- sechster Schalttransistorsixth switching transistor
- 2727
- negatives Terminalnegative terminal
- 2828
- positives Terminalpositive terminal
- 4040
- Steuereingangcontrol input
- 5050
- Elektromotorelectric motor
- 5151
- erster Phasenleiterfirst phase conductor
- 5252
- zweiter Phasenleitersecond phase conductor
- 5353
- dritter Phasenleiterthird phase conductor
- 5555
- Sternpunktstar point
- S1S1
- erster Schalterfirst switch
- S2S2
- zweiter Schaltersecond switch
- S3S3
- dritter Schalterthird switch
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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- DE 102012012048 A1 [0003]DE 102012012048 A1 [0003]
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- EP 3272002 B1 [0005]EP 3272002 B1 [0005]
- DE 102012012047 A1 [0006]DE 102012012047 A1 [0006]
Claims (11)
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---|---|---|---|
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DE102021000562 | 2021-02-04 |
Publications (1)
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DE102022000172A1 true DE102022000172A1 (en) | 2022-08-04 |
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