DE102022114466A1

DE102022114466A1 - Steuer- und Versorgungsvorrichtung für einen einphasigen Kühllüfter

Info

Publication number: DE102022114466A1
Application number: DE102022114466.6A
Authority: DE
Inventors: Daniel Dietz
Original assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Priority date: 2022-06-09
Filing date: 2022-06-09
Publication date: 2023-12-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuer- und Versorgungseinrichtung (10) für einen Kühllüfter (11) mit einem einphasigen Kühllüftermotor (12). Der Kühllüfter (11) ist dazu eingerichtet, eine Aggregatsteuerung (17) eines Aggregats (15) zu kühlen. Das Aggregat (15) hat einen mehrphasigen und beispielsweise dreiphasigen Aggregatmotor (16). Die Wicklungsphasen (19, 20, 21) des Aggregatmotors (16) sind an einem Sternpunkt (22) miteinander verbunden. Die Aggregatsteuerung (17) ist dazu eingerichtet, einen Sternpunktparameter (PS), beispielsweise das Sternpunktpotenzial (US), zu steuern oder zu regeln. Der Kühllüftermotor ist an den Sternpunkt (22) angeschlossen, so dass dessen Betrieb unabhängig vom Aggregat (15) und insbesondere unabhängig von der Drehzahl des Aggregatmotors (16) gesteuert oder geregelt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuer- und Versorgungseinrichtung für einen Kühllüfter mit einphasigem Kühllüftermotor. Der Kühllüfter ist dazu eingerichtet, eine Aggregatsteuerung eines mehrphasigen Aggregatmotors eines Aggregats und/oder den Aggregatmotor zu kühlen. Die Motorleistung des Kühllüftermotors ist dabei insbesondere kleiner als die Motorleistung des Aggregatmotors.
Zur Kühlung von Aggregatsteuerungen können separate, kompakte Kühllüfter verwendet werden. Allerdings benötigen diese Kühllüfter in bekannten Kühlanordnungen eine separate Ansteuerelektronik, wodurch sich die Kosten und die Komplexität der gesamten Vorrichtung erhöhen.
Um diesen Aufwand zu reduzieren wurde bereits vorgeschlagen, auf den Aggregatmotor des Aggregats zusätzliche Kühllüfterschaufeln aufzubringen, die einen Kühlluftstrom für die Aggregatsteuerung erzeugen. Dabei besteht allerdings das Problem, das bei niedrigen Drehzahlen des Aggregatmotors keine ausreichende Kühlung für die Aggregatsteuerung bereitgestellt werden kann.
Ausgehend hiervon kann es als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, einen Kühllüfter für eine Aggregatsteuerung eines Aggregats bereitzustellen, der mit geringem Schaltungsaufwand eine Kühlluftströmung bereitstellen kann, die unabhängig ist von der Drehzahl eines Aggregatmotors des Aggregats.
Diese Aufgabe wird durch eine Steuer- und Versorgungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Steuer- und Versorgungseinrichtung für einen Kühllüfter weist einen mehrphasigen Aggregatmotor eines Aggregats auf. Das Aggregat kann beispielsweise ein Kühlaggregat oder Klimaaggregat sein. Der Aggregatmotor des Aggregats hat eine Wicklung mit mehreren Wicklungsphasen, insbesondere drei Wicklungsphasen. Der Aggregatmotor ist insbesondere eine Asychronmaschine oder Synchronmaschine. Die Wicklungsphasen des Aggregatmotors sind elektrisch mit einem gemeinsamen Sternpunkt verbunden.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass Begriffe wie „Verbindung“ oder „verbinden“ in diesem Dokument eine elektrische Verbindung beschreiben, sofern nichts anderes angegeben ist.
Die Steuer- und Versorgungseinrichtung hat außerdem einen einphasigen Kühllüftermotor des Kühllüfters. Der Kühllüftermotor ist dazu eingerichtet, den Kühllüfter rotierend anzutreiben, um eine Kühlluftströmung für eine Aggregatsteuerung und/oder einen Aggregatmotor des Aggregats zu erzeugen.
Um eine aufwendige separate Steuerung des Kühllüftermotors zu vermeiden, ist die Wicklungsphase des Kühllüftermotors mit ihrem einen Anschluss mit dem Sternpunkt des Aggregatmotors verbunden und mit ihrem jeweils anderen Anschluss mit einem Bezugspotenzial verbunden. Das Bezugspotenzial ist während des Betriebs der Steuer- und Versorgungseinrichtung insbesondere im Wesentlichen konstant. Das Bezugspotenzial kann ein aus einer Wechselspannung gleichgerichtetes Bezugspotenzial sein, so dass eine Welligkeit (auch „Ripple“ genannt) auftreten kann.
Die Aggregatsteuerung ist zur Steuerung des Aggregatmotors eingerichtet und ist beispielsweise dazu eingerichtet, die Drehzahl des Aggregatmotors zu steuern oder zu regeln. Die Aggregatsteuerung ist außerdem dazu eingerichtet, einen elektrischen Parameter am Sternpunkt des Aggregatmotors einzustellen und zwar unabhängig von dem wenigstens einen Parameter des Aggregatmotors, der durch die Aggregatsteuerung gesteuert oder geregelt wird. Durch diesen zusätzlichen Sternpunktparameter kann somit der Kühllüftermotor des Kühllüfters unabhängig vom Betriebszustand und insbesondere der Drehzahl des Aggregatmotors betrieben werden und kann auch bei niedriger Drehzahl des Aggregatmotors eine einstellbare und damit ausreichende Kühlluftströmung für die Aggregatsteuerung bereitstellen.
Der elektrische Sternpunktparameter kann beispielsweise ein elektrisches Sternpunktpotenzial am Sternpunkt oder ein Sternpunktstromsein, der vom Sternpunkt durch die Wicklungsphase des Kühllüftermotors fließt oder eine Kombination hiervon.
Aus anderen technischen Anwendungen ist es zwar bekannt, Magnetlager eines magnetgelagerten Motors über den Sternpunkt eines mehrphasigen Aggregatmotors zu versorgen. Dies ist beispielsweise in der Dissertation von Daniel Dietz mit dem Titel „Design of a Bearingless Permanent Mmagnet Synchronous Machine with a Star Point-Connected Axial Active Magnetic Bearing“ TU Darmstadt, 2022 beschrieben (DOI: 10.26083/tuprints-00020975). Ähnliche Anordnungen sind auch bekannt aus Dietz et al. „BEARINGLESS PM SYNCHRONOUS MACHINE WITH ZERO-SEQUENCE CURRENT DRIVEN STAR POINT-CONNECTED ACTIVE MAGNETIC THRUST BEARING“, Transportation Systems and Technology, 2018, 4(3), DOI: 10.17816/transsyst2018435-25 oder Dietz et al. „Bearingless PM-synchronous machine with axial active magnetic bearing fed by a zero-sequence current“, Elektrotechnik & Informationstechnik, ISSN0932-383X, DOI: 10.1007/s00502-021-00867-4 oder Dietz et al. „Operational constraints of zero-sequence current feeding in bearingless PM synchronous machines", Elektrotechnik & Informationstechnik, Heft 6, 2021, Seiten 383-393, doi:10.1007/s00502-021-00902-4.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein kompakter Kühllüfter ohne separate Steuerelektronik über die ohnehin vorhandene und zu kühlende Aggregatsteuerung drehzahlunabhängig vom Aggregatmotor betrieben werden kann, um in unterschiedlichen Betriebszuständen des Aggregats eine ausreichende Kühlleistung bereitzustellen.
Es ist vorteilhaft, wenn die Aggregatsteuerung eine Wandlerschaltung sowie eine die Wandlerschaltung steuernde Steuerschaltung aufweist. Die Wandlerschaltung kann beispielsweise als Frequenzumrichter ausgebildet sein. Die Wandlerschaltung kann einen Gleichspannungszwischenkreis aufweisen, der das Bezugspotenzial bereitstellt.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Bezugspotenzial für die Wicklungsphase des Kühllüftermotors an einem Mittenabgriff des Gleichspannungszwischenkreises bereitgestellt. Der Mittenabgriff kann der Verbindungspunkt zwischen einem ersten Zwischenkreiskondensator und einem zweiten Zwischenkreiskondensator sein, die in Reihe geschaltet sind und an denen insgesamt die Zwischenkreisgleichspannung anliegt.
Die Zwischenkreisgleichspannung ist insbesondere wesentlich höher als eine an der Wicklungsphase des Kühllüftermotors anliegende Lüfterspannung, insbesondere um mindestens den Faktor 10 oder den Faktor 20 oder den Faktor 30 oder den Faktor 40. Auf diese Weise werden die Aggregatsteuerung und der Betrieb des Aggregatmotors durch den Kühllüftermotor möglichst klein gehalten.
Der Kühllüftermotor ist ein einphasiger elektrischer Motor. Er kann beispielsweise als elektrisch kommutierte Synchronmaschine oder als mechanisch kommutierte Gleichstrommaschine ausgeführt werden. In einem Ausführungsbeispiel ist er als elektrisch kommutierte permanentmagneterregte Synchronmaschine ausgeführt. Die Lüfterspannung kann beispielsweise 12 Volt betragen. Die Zwischenkreisgleichspannung kann größer sein als 120 V und beispielsweise in einem Bereich zwischen 300 V und 850 V liegen. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Zwischenkreisgleichspannung 560 V.
Es ist bevorzugt, wenn die Wandlerschaltung mehrere steuerbare Wandlerschalter aufweist, die jeweils zwischen einem leitenden und einem sperrenden Zustand umschaltbar sind. Für dieses Umschalten hat jeder Wandlerschalter einen Steuereingang. Die Steuereingänge der Wandlerschalter sind mit der die Wandlerschaltung steuernden Steuerschaltung verbunden. Die Wandlerschalter sind insbesondere steuerbar umschaltbare Halbleiterschalter, beispielsweise Transistoren und insbesondere Feldeffekttransistoren. Die Steuerschaltung kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, die Wandlerschalter pulsweitenmoduliert anzusteuern bzw. umzuschalten. Die Art der Pulsweitenmodulation kann variieren. Beispielsweise kann eine Raumzeigermodulation (auch als „Space Vector Modulation“ oder „Space Vector Control“ bezeichnet) verwendet werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Aggregatsteuerung dazu eingerichtet, als elektrischen Sternpunktparameter das Sternpunktpotenzial in einem Spannungsbereich zwischen einem unteren Potenzialgrenzwert und einem oberen Potenzialgrenzwert einzustellen. Der untere Potenzialgrenzwert ist insbesondere kleiner als das Bezugspotenzial und der obere Potenzialgrenzwert ist größer als das Bezugspotenzial. Das Sternpunktpotenzial kann vorzugsweise in einem Bereich geändert werden, der symmetrisch ist zum Bezugspotenzial, so dass der untere Potenzialgrenzwert und der obere Potenzialgrenzwert denselben Differenzbetrag gegenüber dem Bezugspotenzial aufweisen. Die Differenzbeträge des unteren Potenzialgrenzwerts und des oberen Potenzialgrenzwerts gegenüber dem Bezugspotenzial sind vorzugsweise wesentlich kleiner als der Betrag der Zwischenkreisgleichspannung. Das Spannungspotenzial am Sternpunkt (Sternpunktpotenzial) wird also relativ zum Bezugspotenzial definiert und eingestellt.
Das Bezugspotenzial kann auch ein Massepotenzial (Null Volt) sein. Es ist beispielsweise auch möglich, den Mittenabgriff des Gleichspannungszwischenkreises mit einem Massepotenzial zu verbinden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerschaltung dazu eingerichtet, für jede Wicklungsphase des Aggregatmotors eine Phasenwechselspannung einzustellen, beispielsweise eine pulsweitenmodulierte Phasenwechselspannung. Dadurch kann der Betriebszustand des Aggregatmotors gesteuert oder geregelt werden.
Die Steuerschaltung kann insbesondere auch dazu eingerichtet sein, jeder Phasenwechselspannung für die Wicklungsphase des Aggregatmotors einen Gleichspannungsanteil zu überlagern. Der Gleichspannungsanteil, der jeder Phasenwechselspannung überlagert wird, hat insbesondere denselben Betrag. Auf diese Weise lässt sich der elektrische Sternpunktparameter (Potenzial am Sternpunkt und/oder Strom zwischen dem Sternpunkt und dem Bezugspotenzial) einstellen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Steuer- und Versorgungseinrichtung eine Messeinrichtung auf. Die Messeinrichtung ist dazu eingerichtet, die Phasenströme durch die Wicklungsphasen des Aggregatmotors zu erfassen und ein die gemessenen Phasenströme beschreibendes Messsignal zu erzeugen, das der Steuerschaltung bereitgestellt wird. Die Steuerschaltung kann dazu eingerichtet sein, den Sternpunktparameter abhängig vom Messsignal einzustellen, beispielsweise einen Lüfterstrom durch die Wicklungsphase des Kühllüftermotors.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Steuer- und Versorgungseinrichtung aufweisend ein Aggregat mit einem Aggregatmotor sowie einen Kühllüfter mit einem Kühllüftermotor,
2 ein Blockschaltbild der Steuer- und Versorgungseinrichtung aus 1, wobei die Steuer- und Versorgungseinrichtung eine Wandlerschaltung sowie eine die Wandlerschaltung steuernde Steuerschaltung aufweist,
3 ein Schaltbild, das die elektrische Verbindung zwischen den Wicklungsphasen des Aggregatmotors, der Wicklungsphase des Kühllüftermotors sowie der Wandlerschaltung zeigt und
4 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel mit zwei Aggregatmotoren, wobei die Verbindung zwischen der Wicklungsphase des Kühllüftermotors und den Wicklungsphasen der Aggregatmotoren dargestellt ist.

1 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuer- und Versorgungseinrichtung 10 für einen kompakten Kühllüfter 11. Der Kühllüfter 11 hat einen Kühllüftermotor 12 mit einer einzigen Wicklungsphase 13 (3 und 4). Der Kühllüftermotor ist als einphasiger Motor (z.B. Synchronmotor oder Gleichstrommotor) ausgebildet. Durch die Wicklungsphase 13 des Kühllüftermotors 12 fließt im Betrieb ein Lüfterstrom IL, wobei an der Wicklungsphase 13 des Kühllüftermotors 12 eine Lüfterspannung UL anliegt (2-4).
Die Steuer- und Versorgungseinrichtung 10 hat außerdem ein Aggregat 15 aufweisend einen Aggregatmotor 16 sowie eine zur Steuerung des Aggregatmotors 16 eingerichtete Aggregatsteuerung 17. Das Aggregat 15 kann beispielsweise ein Kühlaggregat oder Klimaaggregat oder auch ein beliebiges anderes Aggregat sein.
Die Aggregatsteuerung 17 ist an eine Spannungsversorgung angeschlossen, beispielsweise an das Energieversorgungsnetz 18, mittels der eine Versorgungsspannung UV für die Aggregatsteuerung 17 bereitgestellt wird.
Beim Betrieb des Aggregats 15 entsteht in der Aggregatsteuerung 17 Wärme, die abgeführt werden muss. Hierzu erzeugt der Kühllüfter 11 eine Kühlluftströmung K. Unabhängig vom Betriebszustand des Aggregats 15 und insbesondere der Drehzahl des Aggregatmotors 16 muss in jedem Betriebszustand eine ausreichende Kühlung der Aggregatsteuerung 17 gewährleistet sein, um Schäden oder übermäßige Beanspruchung zu vermeiden.
Der Aggregatmotor 16 hat mehrere Wicklungsphasen und bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine erste Wicklungsphase 19, eine zweite Wicklungsphase 20 sowie eine dritte Wicklungsphase 21 (3). Jede der Wicklungsphasen 19, 20, 21 wird separat durch die Aggregatsteuerung 17 mit einer Phasenwechselspannung versorgt, wobei an der ersten Wicklungsphase eine erste Phasenwechselspannung U1, an der zweiten Wicklungsphase 20 eine zweite Phasenwechselspannung U2 und an der dritten Wicklungsphase eine dritte Phasenwechselspannung U3 anliegt. Die Phasenwechselspannungen U1, U2, U3 sind durch eine Potenzialdifferenz zu einem gemeinsamen Sternpunkt 22 definiert, an den sämtliche Wicklungsphasen 19, 20, 21 des Aggregatmotors 16 angeschlossen sind.
Bei dem hier veranschaulichten bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Aggregatmotor 16 drei Wicklungsphasen 19, 20, 21 auf. In Abwandlung hierzu könnte der Aggregatmotor 16 auch eine andere Anzahl von Wicklungsphasen aufweisen.
Wie es beispielsweise anhand des Blockschaltbilds aus 2 zu erkennen ist, weist die Aggregatsteuerung 17 eine Wandlerschaltung 26 auf. Die Wandlerschaltung 26 ist dazu eingerichtet, die Versorgungsspannung UV umzuwandeln und für jede Wicklungsphase 19, 20, 21 des Aggregatmotors 16 die entsprechende Phasenwechselspannung U1, U2, U3 bereitzustellen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Wandlerschaltung 26 eine Gleichrichterstufe 27 und eine Wechselrichterstufe 28 auf. Die Gleichrichterstufe 27 und die Wechselrichterstufe 28 sind über einen Gleichspannungszwischenkreis 29 miteinander gekoppelt. Die Gleichrichterstufe 27 ist dazu eingerichtet, eine Zwischenkreisgleichspannung UZ für die Wechselrichterstufe 28 bereitzustellen. Hierzu wird die Gleichrichterstufe 27 mit der Versorgungsspannung UV versorgt. Die Zwischenkreisgleichspannung ZU wird der Wechselrichterstufe 28 am Eingang bereitgestellt, die daraus die Phasenwechselspannungen U1, U2, U3 erzeugt.
Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem ersten Zwischenkreisanschluss 30 und dem zweiten Zwischenkreisanschluss 31 wenigstens ein Zwischenkreiskondensator 32 geschaltet, an dem die Zwischenkreisgleichspannung UZ anliegt. Beim Ausführungsbeispiel sind zwei Zwischenkreiskondensatoren 32 in Reihe geschaltet, wobei der Verbindungspunkt zwischen den beiden Zwischenkreiskondensatoren 32 einen Mittenabgriff 33 bildet.
An dem Mittenabgriff 33 wird beim Ausführungsbeispiel ein Bezugspotenzial UB bereitgestellt. Die Lüfterspannung UL entspricht einer Potenzialdifferenz zwischen einem Sternpunktpotenzial US am Sternpunkt 22 und dem Bezugspotenzial UB.
Die Wechselrichterstufe 28 hat beim Ausführungsbeispiel für jede Wicklungsphase 19, 20, 21 des Aggregatmotors 16 eine Halbbrücke mit zwei Wandlerschaltern 36 ( 3). Jeder Wandlerschalter 36 hat einen Steuereingang, an dem ein betreffendes Steuersignal Si (1=1, 2, 3, ...) angelegt werden kann. Mittels des jeweiligen Steuersignals Si kann der Wandlerschalter 36 zwischen einem leitenden Zustand und einem sperrenden Zustand umgeschaltet werden. In jeder Halbbrücke ist jeweils maximal einer der Wandlerschalter 36 leitend, so dass zumindest einer der beiden Wandlerschalter 36 jeder Halbbrücke sperrt. Zur Ansteuerung eines dreiphasigen Aggregats 15 bzw. Aggregatmotors 16 sind drei Halbbrücken vorhanden (insgesamt sechs Wechselrichterschalter), die insgesamt acht unterschiedliche Schaltzustände annehmen können. Die Schaltzustände werden durch die Steuersignale Si vorgegeben.
Zur Ansteuerung der Wandlerschalter 36 bzw. zur Erzeugung der Steuersignale Si weist die Steuer- und Versorgungseinrichtung 10 eine Steuerschaltung 40 auf. Beim Ausführungsbeispiel hat die Steuerschaltung 40 eine Modulationseinheit 41, um die Wandlerschalter 36 pulsweitenmoduliert anzusteuern und zwischen ihrem sperrenden Zustand und ihrem leitenden Zustand umzuschalten. Die Art der Pulsweitenmodulation kann variieren. Beispielsweise kann eine Raumzeigermodulation (auch als „Space Vector Modulation“ oder „Space Vector Control“ bezeichnet) verwendet werden.
Die Steuerschaltung 40 hat außerdem eine Steuereinheit oder Regeleinheit 42, die einen Steuerparameter C und unabhängig vom Steuerparameter C einen Sternpunktparameter PS ermittelt und/oder vorgibt. Der Steuerparameter C kennzeichnet die Phasenwechselspannungen U1, U2, U3 für den Aggregatmotor 16. Der Sternpunktparameter PS kennzeichnet die Lüfterspannung UL und/oder den Lüfterstrom IL für den Kühllüftermotor 12.
Wie es schematisch in 2 veranschaulicht ist, kann der Steuerparameter C beispielsweise eine Drehzahl, ein Drehmoment oder Phasenströme durch die Wicklungsphasen 19, 20, 21 des Aggregatmotors 16 beschreiben. In einer Zwischenstufe 43 wird abhängig vom Steuerparameter C ein erster Referenzwert R1 für die erste Wicklungsphase 19, ein zweiter Referenzwert R2 für die zweite Wicklungsphase 20 und ein dritter Referenzwert R3 für die dritte Wicklungsphase 21 erzeugt. Beim Ausführungsbeispiel sind die Referenzwerte R1, R2, R3 jeweils Sollwerte für die Phasenwechselspannungen U1, U2, U3 der zugeordneten Wicklungsphase 19, 20, 21.
Jedem Referenzwert R1, R2, R3 wird ein durch den Sternpunktparameter PS definierter Gleichspannungswert UD überlagert. Der Gleichspannungswert UD ist für jeden Referenzwert R1, R2, R3 gleichgroß und wird über eine jeweilige Addierstufe zum Referenzwert R1, R2, R3 hinzuaddiert. Die Summe aus dem jeweiligen Referenzwert R1, R2, R3 und dem Gleichspannungswert UD wird dann der Modulationseinheit 41 bereitgestellt, die daraus die Steuersignale Si ermittelt. Die Steuersignale Si werden beispielsgemäß zur Pulsweitenmodulation der Zwischenkreisgleichspannung UZ verwendet, mit dem Ziel, dass die Phasenwechselspannungen U1, U2, U3 der Wicklungsphasen 19, 20, 21 mit dem jeweils zugeordneten Sollwert bzw. Referenzwert R1, R2, R3 übereinstimmen.
Beim Ausführungsbeispiel ist der Gleichspannungswert UD unmittelbar vom Sternpunktparameter PS gebildet und wird somit von der Steuer- oder Regeleinheit 42 bereitgestellt. In Abwandlung hierzu könnte der Sternpunktparameter PS auch durch eine weitere Zwischenstufe in den Gleichspannungswert UD umgewandelt werden.
Der Sternpunktparameter PS bzw. der Gleichspannungswert UD gibt einen Sollwert oder Referenzwert für das Sternpunktpotenzial US vor. Das Sternpunktpotenzial US wird beispielsgemäß derart vorgegeben und eingestellt, dass die Zwischenkreisgleichspannung UZ wesentlich höher ist als die Lüfterspannung UL (UZ»UL). Beispielsweise ist $UZ = q \cdot UL,$
wobei für den Faktor q gilt: q≥10 oder q≥20 oder q≥30 oder q≥40.
Das Sternpunktpotenzial US kann beim Ausführungsbeispiel in einem Bereich symmetrisch zum Bezugspotenzial UB variiert werden und maximal um die halbe Zwischenkreisgleichspannung UZ größer sein oder maximal um die halbe Zwischenkreisgleichspannung UZ kleiner sein als das Bezugspotenzial UB, wobei die maximalen Beträge für das Sternpunktpotenzial US, wie vorstehend beschrieben, insbesondere deutlich kleiner als die Hälfte der Zwischenkreisgleichspannung UZ gewählt werden.
Wie es in 2 schematisch veranschaulicht ist, kann die Steuer- und Versorgungseinrichtung 10 außerdem eine Messeinrichtung 44 aufweisen, die ein Messsignal M erzeugt und der Steuerschaltung 40 und beispielsgemäß der Steuer- oder Regeleinheit 42 bereitstellt. Das Messsignal M beschreibt beim Ausführungsbeispiel die Phasenströme durch die Wicklungsphasen 19, 20, 21 des Aggregatmotors 16. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuer- und Versorgungseinrichtung 10 einen Temperatursensor 45 aufweisen, der ein Temperatursensorsignal T erzeugt und der Steuerschaltung 40 und beispielsgemäß der Steuer- oder Regeleinheit 42 bereitstellt.
Die insoweit beschriebene Steuer- und Versorgungseinrichtung 10 arbeitet wie folgt:
Das Sternpunktpotenzial US kann durch den Sternpunktparameter PS bzw. den Gleichspannungswert UD unabhängig vom Betriebszustand des Aggregatmotors 16 vorgegeben werden. Der Sternpunktparameter PS definiert somit auch die an der Wicklungsphase 13 des Kühllüftermotors 12 anliegende Lüfterspannung UL bzw. den durch diese Wicklungsphase 13 fließenden Lüfterstrom IL. Dadurch kann der Betriebszustand des Kühllüfters 11 und mithin die erzeugte Kühlströmung K unabhängig vom Betriebszustand des Aggregats 15 eingestellt werden.
Dies wird konkret dadurch erreicht, dass der Gleichspannungswert UD zu den Referenzwerten R1, R2, R3 addiert wird und die erhaltenen Summenwerte zur Pulsweitenmodulation der Wechselrichterstufe 28 verwendet werden. Aus dem überlagerten Gleichspannungswert UD resultiert in jeder Wicklungsphase 19, 20, 21 jeweils eine Nullstromkomponente, die sich im Sternpunkt 22 addieren und dadurch den Lüfterstrom IL bilden. Sämtliche Nullstromkomponenten durch die Wicklungsphasen 19, 20, 21 haben beim Ausführungsbeispiel dieselbe Phase und dieselbe Amplitude.
Eine separate Messung oder Überwachung der Lüfterspannung UL und/oder des Lüfterstroms IL kann entfallen. Beim Ausführungsbeispiel werden die Phasenströme durch die Wicklungsphasen 19, 20, 21 des Aggregatmotors 16 überwacht und durch das Messsignal M beschrieben. Diese charakterisieren auch den sich im Sternpunkt 22 ergebenden Lüfterstrom IL. Ist eine Messeinrichtung 44 zur Messung der Phasenströme nicht vorhanden, kann optional der Lüfterstrom IL und/oder die Lüfterspannung UL gemessen werden.
Das Sternpunktpotenzial US - und somit mittelbar der Lüfterstrom IL und/oder die Lüfterspannung UL - kann abhängig von einem weiteren gemessenen oder ermittelten Parameter gesteuert oder geregelt werden, der die erforderliche Kühlleistung des Kühllüfters 11 beschreibt und beispielsweise eine Temperatur an der Aggregatsteuerung 17 sein kann. Für die optionale Temperaturmessung kann der Temperatursensor 45 vorhanden sein. Die erforderliche Kühlleistung kann auch ohne zusätzlichen Sensor ermittelt werden, beispielsweise anhand der Schaltfrequenz der Wandlerschaltung 26 bzw. der Wechselrichterstufe 28 und/oder eines anderen den Betrieb der Aggregatsteuerung 17 beschreibenden Parameters.
In 3 ist schematisch gepunktet eine Abwandlung veranschaulicht, bei der die Verbindung zwischen der Wicklungsphase 13 des Kühllüftermotors entfällt und das Bezugspotenzial UB durch eine andere elektrische Verbindung definiert wird, beispielsweise durch eine Verbindung mit einem Massepotenzial GND.
Eine weitere Abwandlung der Erfindung ist schematisch in 4 veranschaulicht. Dort sind zwei Aggregate 15 vorhanden, nämlich ein erstes Aggregat 15a und ein zweites Aggregat 15b mit jeweils einer Aggregatsteuerung 17a, 17b und jeweils einem Aggregatmotor 16a, 16b. Die Sternpunktpotenziale USa und USb der beiden Aggregate 15a, 15b können unabhängig voneinander durch die jeweilige Aggregatsteuerung 17a bzw. 17b eingestellt werden. Zwischen die beiden Sternpunkte 22a bzw. 22b der beiden Aggregatmotoren 16a, 16b ist die Wicklungsphase 13 des Kühllüftermotors 12 geschaltet. Die Lüfterspannung UL entspricht daher der Potenzialdifferenz zwischen den Sternpunktpotenzialen USa, USb.
Die Erfindung betrifft eine Steuer- und Versorgungseinrichtung 10 für einen Kühllüfter 11 mit einem einphasigen Kühllüftermotor 12. Der Kühllüfter 11 ist dazu eingerichtet, eine Aggregatsteuerung 17 eines Aggregats 15 zu kühlen. Das Aggregat 15 hat einen mehrphasigen und beispielsweise dreiphasigen Aggregatmotor 16. Die Wicklungsphasen 19, 20, 21 des Aggregatmotors 16 sind an einem Sternpunkt 22 miteinander verbunden. Die Aggregatsteuerung 17 ist dazu eingerichtet, einen Sternpunktparameter PS, beispielsweise das Sternpunktpotenzial US, zu steuern oder zu regeln. Der Kühllüftermotor ist an den Sternpunkt 22 angeschlossen, so dass dessen Betrieb unabhängig vom Aggregat 15 und insbesondere unabhängig von der Drehzahl des Aggregatmotors 16 gesteuert oder geregelt werden kann.
Bezugszeichenliste:

10: Steuer- und Versorgungseinrichtung
11: Kühllüfter
12: Kühllüftermotor
13: Wicklungsphase des Kühllüftermotors
15: Aggregat
15a: erstes Aggregat
15b: zweites Aggregat
16: Aggregatmotor
16a: Aggregatmotor des ersten Aggregats
16b: Aggregatmotor des zweiten Aggregats
17: Aggregatsteuerung
17a: Aggregatsteuerung des ersten Aggregats
17b: Aggregatsteuerung des zweiten Aggregats
18: Energieversorgungsnetz
19: erste Wicklungsphase des Aggregatmotors
19a: erste Wicklungsphase des ersten Aggregatmotors
19b: erste Wicklungsphase des zweiten Aggregatmotors
20: zweite Wicklungsphase des Aggregatmotors
20a: zweite Wicklungsphase des ersten Aggregatmotors
20b: zweite Wicklungsphase des zweiten Aggregatmotors
21: dritte Wicklungsphase des Aggregatmotors
21a: dritte Wicklungsphase des ersten Aggregatmotors
21b: dritte Wicklungsphase des zweiten Aggregatmotors
22: Sternpunkt
22a: Sternpunkt des ersten Aggregatmotors
22b: Sternpunkt des zweiten Aggregatmotors
26: Wandlerschaltung
27: Gleichrichterstufe
28: Wechselrichterstufe
29: Gleichspannungszwischenkreis
30: erster Zwischenkreisanschluss
31: zweiter Zwischenkreisanschluss
32: Zwischenkreiskondensator
33: Mittenabgriff
36: Wandlerschalter
40: Steuerschaltung
41: Modulationseinheit
42: Steuer- oder Regeleinheit
43: Zwischenstufe
44: Messeinrichtung
45: Temperatursensor
C: Steuerparameter
GND: Massepotenzial
IL: Lüfterstrom
K: Kühlluftströmung
M: Messsignal
PS: Sternpunktparameter
R1: erster Referenzwert
R2: zweiter Referenzwert
R3: dritter Referenzwert
Si: Steuersignal I (1=1, 2, 3, ...)
T: Temperatursensorsignal
U1: erste Phasenwechselspannung
U2: zweite Phasenwechselspannung
U3: dritte Phasenwechselspannung
UD: Gleichspannungswert
UB: Bezugspotenzial
UL: Lüfterspannung
US: Sternpunktpotenzial
USa: Sternpunktpotenzial am ersten Aggregatmotor
USb: Sternpunktpotenzial am zweiten Aggregatmotor
UV: Versorgungsspannung
UZ: Zwischenkreisgleichspannung

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 Nicht-Patentliteratur

Dietz et al. „Operational constraints of zero-sequence current feeding in bearingless PM synchronous machines“, Elektrotechnik & Informationstechnik, Heft 6, 2021, Seiten 383-393 [0012]

Claims

Steuer- und Versorgungseinrichtung (10) für einen Kühllüfter (11), aufweisend: - einen mehrphasigen Aggregatmotor (16) eines Aggregats (15), der eine Wicklung mit mehreren Wicklungsphasen (19, 20, 21) aufweist, die an einen gemeinsamen Sternpunkt (22) angeschlossen sind, - einen einphasigen Kühllüftermotor (12) des Kühllüfters (11), der eine Wicklung mit einer Wicklungsphase (13) einerseits mit dem Sternpunkt (22) des Aggregatmotors (16) und andererseits mit einem Bezugspotenzial (UB) verbunden ist, - eine Aggregatsteuerung (17), die zur Steuerung des Aggregatmotors (16) eingerichtet ist und die außerdem dazu eingerichtet ist, einen elektrischen Sternpunktparameter (PS) am Sternpunkt (22) des Aggregatmotors (16) unabhängig von der Steuerung des Betriebszustandes Aggregatmotors (16) einzustellen.
Steuer- und Versorgungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Aggregatsteuerung (17) eine Wandlerschaltung (26) und eine die Wandlerschaltung (26) steuernde Steuerschaltung (40) aufweist.
Steuer- und Versorgungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei das Bezugspotenzial (UB) an einem Gleichspannungszwischenkreis (29) der Wandlerschaltung (26) bereitgestellt wird.
Steuer- und Versorgungseinrichtung nach Anspruch 3, wobei das Bezugspotenzial (UB) an einem Mittenabgriff (33) des Gleichspannungszwischenkreises (29) bereitgestellt wird, der über einen Zwischenkreiskondensator (32) mit einem ersten Zwischenkreisanschluss (30) und über einen weiteren Zwischenkreiskondensator (32) mit einem zweiten Zwischenkreisanschluss (31) verbunden ist.
Steuer- und Versorgungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei am Gleichspannungszwischenkreis (33) eine Zwischenkreisgleichspannung (UZ) bereitgestellt wird, die mindestens um den Faktor 10 oder um den Faktor 20 oder um den Faktor 30 oder um den Faktor 40 größer ist als eine Lüfterspannung (UL) an der Wicklungsphase (13) des Kühllüftermotors (12).
Steuer- und Versorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Wandlerschaltung (26) mehrere steuerbare Wandlerschalter (36) aufweist, die zwischen einem leitenden und einem sperrenden Zustand umschaltbar sind und deren Steuereingänge jeweils mit der Steuerschaltung (40) verbunden sind,
Steuer- und Versorgungseinrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuerschaltung (40) eine Modulationseinheit (41) aufweist, die zur pulsweitenmodulierten Ansteuerung der Wandlerschalter (36) eingerichtet ist.
Steuer- und Versorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Steuerschaltung (40) dazu eingerichtet ist, für jede Wicklungsphase (19, 20, 21) des Aggregatmotors (16) eine Phasenwechselspannung (U1, U2, U3) einzustellen.
Steuer- und Versorgungseinrichtung nach Anspruch 8, wobei die Steuerschaltung (40) dazu eingerichtet ist, jeder Phasenwechselspannung (U1, U2, U3) einen Gleichspannungsanteil mit einem Gleichspannungswert (UD) zu überlagern.
Steuer- und Versorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei eine Messeinrichtung (44) vorhanden ist, die zur Messung der Phasenströme durch die Wicklungsphasen (19, 20, 21) des Aggregatmotors (16) und zur Erzeugung eines Messsignals (M) eingerichtet ist, das der Steuerschaltung (40) bereitgestellt wird und wobei die Steuerschaltung (40) dazu eingerichtet ist, den Sternpunktparameter (PS) abhängig vom Messsignal (M) einzustellen.