DE112018005839T5

DE112018005839T5 - System und verfahren für kompakte motorsteuerung mit redundanten leistungsstrukturen

Info

Publication number: DE112018005839T5
Application number: DE112018005839.5T
Authority: DE
Inventors: Huaqiang Li; Joseph Paul Uphaus
Original assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Current assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-07-30
Also published as: US11177648B2; CN111771331A; WO2019129385A1; US20190199086A1; US20220037875A1

Abstract

Ein kompaktes Motorsteuerungssystem für die selektive Steuerung der Leistung aus einer Leistungsquelle an eine Last schließt eine Motorschaltbaugruppe ein, die ein Festkörperschütz mit einer Vielzahl von Festkörperschützen hat. Die Motorschaltbaugruppe schließt außerdem mindestens eine Gleichstromverbindung (DC) ein, die mit dem Festkörperschütz gekoppelt ist, sowie redundante erste und zweite Wechselrichter, die mit mindestens einer DC-Verbindung gekoppelt sind. Die Motorschaltbaugruppe schließt ferner ein erstes Relais ein, das zwischen dem Festkörperschütz und einem Eingang des Wechselrichters gekoppelt ist, sowie ein zweites Relais, das zwischen dem Festkörperschütz und einem Eingang des zweiten Wechselrichters gekoppelt ist. Außerdem schließt die Motorsteuerung ein Steuerungssystem ein, das darauf programmiert ist, die Motorschaltbaugruppe so zu steuern, dass sie die Last selektiv mit Leistung aus der Leistungsquelle versorgt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Motorsteuerungssysteme und im Besonderen auf ein System und ein Verfahren für eine kompakte und zuverlässige Motorsteuerung unter Verwendung redundanter Leistungsstrukturen/-wandler.
Eine Art von in der Industrie verbreitet verwendetem System, das eine Leistungsumwandlung durchführt, ist ein Antrieb mit veränderbarer Drehzahl, auch bekannt als Antrieb mit variabler Frequenz (VFD). Ein VFD ist eine industrielle Steuerungsvorrichtung, die einen Betrieb eines angetriebenen Systems, wie eines AC-Induktionsmotors mit veränderbarer Frequenz und veränderbarer Spannung ermöglicht. Im Gebrauch wird ein VFD häufig als Teil eines Motorsteuerungssystems und einer Gesamtsteuer- und Schutzbaugruppe bereitgestellt, die den VFD sowie eine Anordnung von Eingabe/Ausgabe-Sicherungen, Trennern, Leistungsschaltern, Schützen oder anderen Schutzvorrichtungen, Steuerungen, Filtern und Sensoren einschließt.
In der Regel werden der VFD und die zugehörigen Schutz- und Steuerungsvorrichtungen als diskrete Komponenten mit eigenem Gehäuse bereitgestellt, mit der Anordnung der Komponenten innerhalb eines Gehäuses. Die Anordnung der Komponenten ist an einer Halterung in dem Gehäuse, wie zum Beispiel einer DIN-Schiene, befestigt, wobei eine Verdrahtung zwischen den Komponenten bereitgestellt ist, um eine elektrische Konnektivität und/oder eine Kommunikation dazwischen bereitzustellen. Wenn die Einheit zusammengesetzt ist, wird die Gesamtanordnung der Komponenten und das für deren Aufnahme erforderliche Gehäuse daher recht groß und sperrig. Außerdem ist häufig eine abundante Verdrahtung der Komponenten erforderlich, was die Zugänglichkeit zu den Komponenten behindern und Installationszeiten, Kosten, Leistungsverluste und mögliche Ausfälle aufgrund der großen Anzahl von Kabeln und Kabelverbindungen steigern kann.
VFDs werden auf unterschiedliche Weise in verschiedenen Anwendungen implementiert, je nach Bedeutung der Last, die durch den VFD angetrieben wird. Zur Sicherstellung eines ununterbrochenen Betriebs bei wichtigen Anwendungen kann ein duales VFD-System für den Lastantrieb eingesetzt werden. Ein duales VFD-System schließt zwei VFDs ein, die jeweils parallel zueinander mit der Last verbunden sind, so dass jeder VFD für den Lastantrieb eingesetzt werden kann. Die Last wird von jeweils einem VFD angetrieben, und wenn der die Last antreibende VFD ausfällt, wird die Steuerung der Last automatisch auf den anderen VFD übertragen. Das Einschließen mehrerer VFDs in ein System ist jedoch kostspielig und fügt einem bereits komplexen System mit einer hohen Anzahl von Komponenten, die wie vorstehend beschrieben verdrahtet werden müssen, eine weitere Komponente hinzu.
Eine kostengünstigere Option, die in weniger wichtigen Anwendungen genutzt werden kann, ist ein Umgehungssystem mit einem einzelnen VFD. In einem Umgehungssystem mit einem einzelnen VFD ist ein VFD mit einer Last parallel zu einer Umgehungsbaugruppe gekoppelt, die einen oder mehrere von einem Umgehungsschütz und einem Sanftstarter einschließt, die alternative Steuerwege oder -mechanismen zum Steuern des angetriebenen Systems bereitstellen. Es ist üblich, eine herkömmliche Umgehungsbaugruppe als Lösung zu nutzen, um Systemredundanz im Fall eines VFD-Ausfalls bereitzustellen, oder für andere Szenarien, wie beispielsweise die Durchführung einer VFD-Wartung und den Betrieb des Motors bei voller Drehzahl direkt aus der Versorgungseinrichtung zum Erreichen einer höheren Systemeffizienz. Wie vorstehend angegeben und im Stand der Technik in 1 dargestellt, wird eine vorhandene Umgehungsbaugruppe 1 als eine oder mehrere zusätzliche diskrete Komponenten zu einer VFD-Installation hinzugefügt, wobei in der Regel ein separates Eingangsschütz 2, ein Umgehungsschütz 4, ein Sanftstarter 6 auf Basis eines siliziumgesteuerten Gleichrichters (SCR) und ein Ausgangs-/Überlastrelais 8 bereitgestellt werden. Jedoch ist die daraus resultierende kombinierte Installation teuer, kompliziert, voluminös und in vielen Anwendungen und/oder Einbaustellen häufig unpraktikabel.
Außerdem stellen die dem Stand der Technik entsprechenden Umgehungsschütze nur eine direkte Verbindung zwischen der Energiequelle und der Last ohne die Funktionalität des VFD bereit. Wenn das Umgehungsschütz zur Umgehung des VFD geschlossen ist, ist die Systemsteuerung nicht in der Lage, die von dem Motor empfangene Spannung und den Strom zu steuern. Anders ausgedrückt ist im Gegensatz zu dem VFD die bereitgestellte Umgehung nicht in der Lage, die Drehzahl eines Motors zu steuern. Daher begrenzt oder verhindert die Umgehung den Betrieb eines Motors und stellt keine betriebliche Flexibilität bereit.
Es wäre daher wünschenswert, ein Motorsteuerungssystem bereitzustellen, dessen Platzbedarf minimiert ist und das weniger oder keine Verdrahtung zwischen seinen Komponenten erfordert, um Größe, Kosten und Komplexität des Motorsteuerungssystems zu reduzieren. Es wäre ferner wünschenswert, dass ein derartiges Motorsteuerungssystem redundante Leistungsstrukturen einschließt, die mehr Funktionalität, Flexibilität und Zuverlässigkeit bereitstellen als herkömmliche Systeme.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein System und ein Verfahren für eine kompakte Motorsteuerung mit redundanten Leistungsstrukturen bereit, die eine erhöhte Zuverlässigkeit und Funktionalität bereitstellen.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung schließt eine Motorsteuerung für die selektive Steuerung der Leistung aus einer Stromquelle an eine Last eine Motorschaltbaugruppe ein, die ein Festkörperschütz mit einer Vielzahl von Festkörperschützen aufweist. Die Motorschaltbaugruppe schließt außerdem mindestens eine Gleichstromverbindung (DC-Verbindung) ein, die mit dem Festkörperschütz gekoppelt ist, sowie einen ersten und einen zweiten Wechselrichter, die mindestens mit einer DC-Verbindung gekoppelt sind. Die Motorschaltbaugruppe schließt ferner ein erstes Relais ein, das zwischen dem Festkörperschütz und einem Eingang des ersten Wechselrichters gekoppelt ist, sowie ein zweites Relais, das zwischen dem Festkörperschütz und einem Eingang des zweiten Wechselrichters gekoppelt ist. Außerdem schließt die Motorsteuerung ein Steuerungssystem ein, das darauf programmiert ist, die Motorschaltbaugruppe so zu steuern, dass sie die Last selektiv mit Leistung aus der Leistungsquelle versorgt.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung schließt ein steuerungsimplementiertes Verfahren zum Betrieb eines Motorsteuerungssystems mit einem Festkörperschütz, mindestens einer mit dem Festkörperschütz gekoppelten DC-Verbindung, einem ersten und zweiten Leistungswandler, die mit mindestens einer DC-Verbindung gekoppelt sind, sowie einem ersten und zweiten Relais, die zwischen dem Festkörperschütz und dem jeweiligen ersten und zweiten Leistungswandler gekoppelt sind, die Steuerung des Festkörperschützes in einem leitenden Modus ein. Das Verfahren schließt außerdem ein, dass das erste Relais geschlossen wird, um Leistung an den ersten Leistungswandler zu liefern und den ersten Leistungswandler zu betreiben, um einen Motor anzutreiben. Weiterhin schließt das Verfahren den Übergang von dem Betrieb des ersten Leistungswandlers zu dem Betrieb der zweiten Leistungswandler durch Deaktivieren des ersten Leistungswandlers, das Öffnen des ersten Relais, das Schließen des zweiten Relais, und den Betrieb des zweiten Leistungswandlers zum Antrieb des Motors ein.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung schließt eine Motorschaltbaugruppe einen ersten Leistungswandler, einen zweiten Leitungswandler, der parallel mit dem ersten Leitungswandler gekoppelt ist, sowie ein Festkörperschütz ein, das dem ersten und zweiten Leistungswandler vorgelagert positioniert ist. Die Motorschaltbaugruppe schließt ferner ein erstes Relais ein, das zwischen dem Festkörperschütz und dem ersten Leistungswandler positioniert ist, sowie ein zweites Relais, das zwischen dem Festkörperschütz und dem zweiten Leistungswandler positioniert ist.
Aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den Zeichnungen werden verschiedene weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ersichtlich.
Figurenliste
Die Zeichnungen veranschaulichen bevorzugte Ausführungsformen, die derzeit für die Durchführung der Erfindung in Betracht gezogen werden.
In den Zeichnungen:

ist 1 ein Blockdiagramm eines Motorsteuerungssystems, das eine darin eingeschlossenen Umgehungsbaugruppe aufweist, wie sie nach dem Stand der Technik bekannt ist.
ist 2 ein Blockdiagramm eines Leistungssystems, das ein Motorsteuerungssystem einschließt, das eine Motorschaltbaugruppe mit einem integrierten Festkörperschütz und redundanten VFDs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist.
ist 3 eine schematische Darstellung einer Motorschaltbaugruppe, die in das Motorsteuerungssystem von 2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung implementiert werden kann.
ist 4 ein Blockdiagramm eines Leistungssystems, das eine Motorsteuerungssystem mit einem integrierten Festkörperschütz/Gleichrichter und redundanten Wechselrichtern einschließt, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung an eine gemeinsame DC-Verbindung gekoppelt sind.
ist 5 eine schematische Darstellung einer Motorschaltbaugruppe, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in das Motorsteuerungssystem von 4 implementiert werden kann.
ist 6 ein Flussdiagramm, das eine Technik zur Energieversorgung eines Motorsteuerungssystems und das Wechseln zwischen Antriebskomponenten des Motorsteuerungssystems veranschaulicht, wie beispielsweise den Motorsteuerungssystemen von 2 und 4 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
ist 7 ein Flussdiagramm, das eine Technik zum Wechsel zwischen Antriebskomponenten eines bereits mit Energie versorgten Motorsteuerungssystems veranschaulicht, wie beispielsweise den Motorsteuerungssystemen von 2 und 4 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
ist 8 eine Vorderansicht einer Motorsteuerungs- und Schutzbaugruppe, die ein Motorsteuerungssystem, wie beispielsweise die Motorsteuerungssysteme von 2 und 4, einschließt, die an eine Leiterplatte (PCB) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gekoppelt sind.
ist 9 eine Hinteransicht der Motorsteuerungs- und Schutzbaugruppe von 8 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
ist 10 eine Draufsicht der Motorsteuerungs- und Schutzbaugruppe von 8 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf ein Motorsteuerungssystem mit einer Motorschaltbaugruppe oder einem Motorschaltmodul und ein Verfahren zum Betrieb der Motorschaltbaugruppe. Die Motorschaltbaugruppe schließt ein Festkörpereingangsschütz ein, das Eingangsleistung von einer Quelle wie beispielsweise einer Versorgungseinrichtung bezieht. Das Festkörperschütz ersetzt eine Reihe von diskreten Schutz- und Steuerungskomponenten, die in der Regel in Motorsteuerungssystemen zu finden sind, und stellt fortschrittlichere Steuerungen im Motorsteuerungssystem bereit, einschließlich Leistungsflusssteuerung und -schutz. Das Festkörperschütz wird durch ein Steuerungssystem oder eine Steuerung gesteuert, um mindestens zwei unterschiedliche Motorantriebe, die von dem Festkörperschütz und voneinander mittels entsprechender Relais getrennt sind, mit Strom zu versorgen. Die Steuerung aktiviert die verschiedenen Relais, um zu steuern, welcher Antrieb Leistung von dem Festkörperschütz für den Motorantrieb erhält. Die Steuerung kann basierend auf einem Plan, einem Fahrerausfall, Temperaturschwellenwerten oder anderen kontrollierten Bedingungen auswählen, welcher Antrieb oder welche Antriebe zu aktivieren sind.
Obwohl Ausführungsformen der Erfindung nachstehend als ein Motorsteuerungssystem mit einem multifunktionalen Festkörperschütz und redundanten Motorantrieben beschrieben und veranschaulicht sind, versteht es sich, dass Ausführungsformen der Erfindung nicht auf solche Schaltungen beschränkt sein sollen. Das heißt, Ausführungsformen der Erfindung können allgemeiner auf Leistungs-/Energieumwandlungsschaltungen unterschiedlicher Bauweisen und Implementierungen ausgedehnt werden, wie zum Beispiel Motorstarter, Motorsteuerzentren und Leistungs-/Energieumwandlungsschaltungen zum Ansteuern von Nicht-Motor-Lasten. Dementsprechend soll die folgende Erörterung den Umfang der Erfindung nicht einschränken.
Bezugnehmend auf 2 wird ein Blockdiagramm des Leistungssystems 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Das Leistungssystem 10 schließt eine Leistungsquelle 12, wie zum Beispiel von einer Versorgungseinrichtung, ein, die mit einem Trennschütz oder -schalter 14 gekoppelt ist, das/der in einer geschlossenen oder EIN-Position, in der Leistung von der Versorgungseinrichtung 12 hindurchfließen kann, und einer offenen oder Aus-Position, in der Leistung nicht hindurchfließen kann, betrieben werden kann. Das Leistungssystem 10 schließt auch eine Eingangssicherung 16 ein, die mit dem Trennschalter 14 gekoppelt ist. Die Eingangssicherung 16 stellt einen Überstromschutz bereit, indem sie den Strom von der Versorgungseinrichtung 12 unterbricht, wenn der Strompegel zu hoch wird. Die Eingangssicherung 16 ist mit einem Motorsteuerungssystem 18 gekoppelt, das dann mit einem optionalen Ausgangsfilter 20 gekoppelt wird, der dazu beiträgt, eine Last 22, wie einen Motor, vor den schädlichen Wirkungen reflektierter Wellen aufgrund einer Impedanzfehlanpassung zu schützen und einen Motorausfall aufgrund eines Isolationsfehlers, einer Überhitzung und von Rauschen zu verhindern.
Das Motorsteuerungssystem 18 schließt eine Motorschaltbaugruppe oder -modul 24 und ein Steuerungssystem oder eine Steuerung 26 ein, die die Steuersignale an verschiedene Komponenten der Motorschaltbaugruppe 24 bereitstellt. In einigen Ausführungsformen steuert die Steuerung 26 optional auch die Position des Trennschalters 14. In anderen Ausführungsformen schließt das Motorsteuerungssystem 18 mehrere Steuerungen ein, die jeweils Steuersignale für eine oder mehrere ausgewählte Komponenten der Motorschaltbaugruppe 24 bereitstellen.
Die Motorschaltbaugruppe 24 schließt ein Festkörpereingangsschütz 28 ein, das über ein erstes Eingangsrelais 32 mit einem ersten Leistungswandler 30 und über ein zweites Eingangsrelais 36 mit einem zweiten Leistungswandler 34 gekoppelt ist. In der Ausführungsform von 2 sind der erste und zweite Leistungswandler 30, 34 VFDs (in 2 als „VFD 1“ bzw. „VFD 2“ dargestellt und im Folgenden als „erster VFD 30“ und „zweiter VFD 34“ bezeichnet). In verschiedenen Ausführungsformen kann die Motorschaltbaugruppe 24 auch einen oder mehrere zusätzliche VFDs parallel zu dem ersten und zweiten VFD 30, 34 einschließen, wobei ein Eingangsrelais zwischen jeden zusätzlichen VFD und das Schütz 28 gekoppelt ist. In einer weiteren alternativen Konfiguration kann die Motorschaltbaugruppe 24 eine optionale Umgehung 38 und das zugehörige Umgehungsrelais 40 einschließen.
Jedes des ersten und zweiten Eingangsrelais 32, 36 kann in geschlossenem oder Ein-Position/Zustand betrieben werden, in der das Festkörperschütz 28 den ersten bzw. zweiten VFD 30, 34 mit Leistung versorgen kann, und in offenem oder Aus-Position/Zustand, in der der erste und zweite VFD 30, 34 vom Festkörperschütz 28 galvanisch getrennt sind. Der Ausgang des ersten und zweiten VFD 30, 34 ist jeweils elektrisch mit dem Motor 22 gekoppelt, so dass der erste und zweite VFD 30, 34 jeweils den Motor 22 mit Leistung versorgen kann, die zum Antrieb von Lüftern, Förderern, Pumpen und anderen elektromechanischen Geräten verwendet werden kann.
In einigen Ausführungsformen schließt die Motorschaltbaugruppe 24 optional ein erstes und zweites Ausgangsrelais 42, 46 ein, die in der Nähe der Ausgänge des ersten und zweiten VFD 30, 34 gekoppelt sind. Jedes des ersten und zweiten Ausgangsrelais 42, 46 kann in Ein- und Aus-Positionen auf ähnliche Weise wie das erste und zweite Eingangsrelais 32, 36 betrieben werden. Wenn sich sowohl das erste Eingangsrelais 32 als auch das erste Ausgangsrelais 42 in der Aus-Position befinden, wird der erste VFD 30 elektrisch von dem Festkörperschütz 28 und dem Motor 22 getrennt. Wenn sich sowohl das zweite Eingangsrelais 36 als auch das zweite Ausgangsrelais 46 in der Aus-Position befinden, wird der zweite VFD 34 elektrisch von dem Festkörperschütz 28 getrennt. Somit können der erste und zweite VFD 30, 34 unabhängig von dem Festkörperschütz 28 und dem Motor 22 unter Verwendung des ersten und zweiten Eingangsrelais 32, 36 und des ersten und zweiten Ausgangsrelais 42, 46 getrennt werden. Die unabhängige Trennung ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass bei der Erkennung eines Ausfalls oder für Reparatur- oder Austauschzwecke nur einer des ersten und zweiten VFD 30, 34 elektrisch getrennt werden muss. In anderen Ausführungsformen kann auf das erste und zweite Ausgangsrelais 42, 46 verzichtet werden und durch ein optionales einzelnes Relais (nicht gezeigt) zwischen dem Knoten 44 und dem Motor 22 ersetzt werden.
Unter Bezugnahme auf 3 wird nun gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine beispielhafte Struktur/Konfiguration der Motorschaltbaugruppe 24 von 2 gezeigt, die die Struktur/Konfiguration der VFDs 30, 34, des Festkörperschützes 28 und der Relais 32, 36, 42 und 46 einschließt. In der Ausführungsform von 3 schließt das Festkörpereingangsschütz 28 eine Schaltvorrichtung 50 an jeder Zufuhrleitung des dreiphasigen Eingangs ein. In einer beispielhaften Ausführung besteht jede Schaltvorrichtung 50 aus einem Paar umgekehrt paralleler oder antiparalleler Schalter 52, wie z. B. Festkörperschütze in Form von siliziumgesteuerten Gleichrichtern (SCRs) oder Thyristoren, die den Stromfluss durch die Schaltvorrichtung mittels der Steuerung 26 von 2 steuern, und die im Folgenden als SCRs 52 bezeichnet werden. Es wird zwar gezeigt, dass jede Phase ein Paar SCRs 52 einschließt, es wird jedoch anerkannt, dass stattdessen auch andere geeignete Festkörperschütze eingesetzt werden können - einschließlich bipolare Transistoren mit isoliertem Gate (IGBTs), bipolare Sperrschichttransistoren (BJTs), integrierte gate-kommutierte Thyristoren (IGCTs), Gate-Abschaltthyristoren (GTO-Thyristoren) oder Metalloxid-Festkörper-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) als nicht einschränkende Beispiele.
Da das Schütz 28 im Gegensatz zu einem herkömmlichen elektromechanischen Schütz aus Festkörpervorrichtungen 52 besteht, kann jede Festkörpervorrichtung 52 des Schützes 28 von der Steuerung 26 gesteuert werden, um die Höhe der Leitungsspannung und des Stroms in der Motorschaltbaugruppe 24 zu regulieren. Mit anderen Worten, die Steuerung 26 kann das Schütz 28 so steuern, dass es den Stromfluss durch das Schütz selektiv leitet und blockiert. Diese Steuerung der Leitungsspannung und des Leitungsstroms ermöglicht es, die Steuerung 26 mit der Spannung und dem Strom der Versorgungseinrichtung 12 zu versorgen, im Gegensatz zu einer eigenständigen Stromversorgung, die möglicherweise notwendig gewesen wäre, um die Steuerung 26 mit einer stabileren Leistungsquelle zu versorgen. Die SCRs 52 ermöglichen es der Steuerung 26 ferner, das Festkörperschütz 28 als Überlastrelais zu steuern, und zwar auf der Grundlage von Überspannungs- und/oder Überstrombedingungen im Leistungssystem 10 (2), die von verschiedenen Sensoren gemessen werden (nicht gezeigt). Zusätzlich kann die Konfiguration des Schützes 28 der Steuerung 26 ermöglichen, das Schütz 28 als Sanftstarter zu steuern.
In der in 3 dargestellten dreiphasigen Motorschaltbaugruppe 24 schließen das erste und zweite Eingangsrelais 32, 36 und optional das erste und zweite Ausgangsrelais 42, 46 jeweils drei elektromechanische oder Festkörperschütze 54 ein, wie z. B. IGBTs oder MOSFETs, deren Nennleistung niedriger ist als eine volle Motorspannung und niedriger als der Einschaltstrom. Das heißt, da das Festkörperschütz 28, das den Relais 32, 36, 42, 46 vorgelagert ist, die Funktion hat, den Stromfluss dadurch selektiv zu leiten und zu blockieren, können die Schalter 54 unter reduzierten Spannungs- und Strombeanspruchungspegeln geschaltet werden, wie beispielsweise einem Nulllastzustand. Dementsprechend kann der Nennwert der Relais 54 im Vergleich zu „traditionellen“ Motor- und Einschaltstromnennleistungen von Relais/Schützen mit Einschaltstromnennleistungen, die in einer Standard-Umgehungsbaugruppe einer Motorsteuerungsvorrichtung zu finden sind und die jeweils eine volle Motorspannung und höhere Einschaltstromnennleistungen (d. h. einen Nennwert von mehreren Motornennströmen) aufweisen müssen, niedriger sein als die vollen Motorspannungs- und Einschaltstromnennleistungen. In Ausführungsformen, die ein optionales Umgehungsrelais 40 und/oder ein optionales Ausgangsrelais 42, 46 einschließen, ist in Betracht zu ziehen, dass solche Relais 40, 46 mit Schaltern ähnlich den Schaltern 54 konfiguriert werden. Wie im Folgenden detaillierter beschrieben wird, steuert die Steuerung 26 das erste und zweite Eingangsrelais 32, 36 und optional das erste und zweite Ausgangsrelais 42, 46 (oder wahlweise ein einzelnes Ausgangsrelais), je nachdem, welcher des ersten und zweiten VFD 30, 34 (oder optional Umgehung 38 (2), sofern eingeschlossen) aktiv den Motor 22 mit Leistung versorgt.
In der dargestellten Ausführungsform ist der erste und zweite VFD 30, 34 ähnlich mit einer Gleichrichterbrücke 56 mit sechs Dioden konfiguriert, die eine AC-Versorgungsleistung in eine DC-Leistung umwandelt, eine DC-Verbindung 58, die die DC-Leistung von der Gleichrichterbrücke empfängt und einen positiven Bus 60 und einen negativen Bus 62 einschließt, eine DC-Verbindungs-Kondensatorbank 64 mit einem oder mehreren Kondensatoren über die DC-Verbindung 58 und optionale Spulen 48, die in Reihe mit und auf jeder Seite der Gleichrichterbrücke 56 an DC-Verbindung 58 gekoppelt sind (d. h. eine DC-Drossel). Die VFDs 30, 34 können außerdem einen Wechselrichter 66 einschließen, um die DC-Leistung in AC-Leistung umzuwandeln, wobei der Wechselrichter 66 eine Reihe von Schalter- und antiparallelen Diodenpaaren 68 aufweist, die von der Steuerung 26 durch die Übertragung von Gate-Treibersignalen gesteuert werden, um eine spezielle AC-Leistung von der Motorschaltbaugruppe 24 mit einer bestimmten Frequenz auszugeben. Wie das Festkörpereingangsschütz 28 ermöglicht die Konfiguration des Wechselrichters 66 mit Schalter- und antiparallelen Diodenpaaren 68 der Steuerung 26 die Steuerung der Wechselrichter 66 als Überlastrelais auf der Grundlage von Überlastbedingungen im Leistungssystem 10, wie sie von verschiedenen Sensoren gemessen werden (nicht abgebildet). In alternativen Ausführungsformen kann sich die Konfiguration des ersten und zweiten VFD 30, 34 voneinander unterscheiden, um eine andere Funktionalität zum Steuern des Motors 22 bereitzustellen.
Bei der Steuerung des Betriebs der Motorschaltbaugruppe 24 kann die Steuerung 26 den ersten und zweiten VFD 30, 34 und das jeweilige erste und zweite Eingangsrelais 32, 36 steuern, um abzuwechseln, welcher des ersten und zweiten VFD 30, 34 den Motor 22 steuert. Die Fähigkeit der Steuerung 26, zwischen dem Betrieb des ersten VFD 30 und des zweiten VFD 34 zu wechseln, stellt Redundanz für die Motorschaltbaugruppe 24 bereit und kann verwendet werden, um die Lebensdauer der Motorschaltbaugruppe 24 im Vergleich zu einer Motorschaltbaugruppe mit nur einem VFD zu verlängern. In der Motorschaltbaugruppe 24 kann die Steuerung 26 gemäß einem Plan zwischen dem ersten und zweiten VFD 30, 34 wechseln, um die Gesamtlebensdauer und Zuverlässigkeit des Systems auszugleichen oder zu verlängern. Die Steuerung 26 kann auch von dem Betrieb eines des ersten und zweiten VFD 30, 34 auf den anderen des ersten und zweiten VFD 30, 34 umschalten, falls einer des ersten und zweiten VFD 30, 34 einen Fehler wie z. B. Überspannung, Überstrom oder Kurzschluss aufweist. Wenn einer des ersten und zweiten VFD 30, 34 überhitzt oder einer anderweitigen Belastung ausgesetzt wird, die möglicherweise einen Fehler verursachen kann, schaltet die Steuerung 26 auf den Betrieb des anderen VFD 30, 34 um oder kann beide des ersten und zweiten VFD 30, 34 betreiben, um die Gesamtlast oder Belastung durch den Motor 22 aufzuteilen. Des Weiteren kann die Steuerung 26 in Ausführungsformen, in denen die Motorschaltbaugruppe 24 eine optionale Umgehung 38 einschließt, das Umgehungsrelais 40 aktivieren oder schließen, während die Relais 32, 36 geöffnet werden, falls beide des ersten und zweiten VFD 30, 34 versagen, was für zusätzliche Sicherheit sorgt. Verfahren zum Wechseln zwischen dem ersten und zweiten VFD 30, 34 und optionaler Umgehung 38 werden nachstehend unter Bezugnahme auf 6 und 7 diskutiert.
Unter Bezugnahme auf 4 ist ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform eines Leistungssystems 70 mit einem Motorsteuerungssystem 72 gezeigt. Das Leistungssystem 70 ist ähnlich wie das Leistungssystem 10 von 2 angeordnet, und daher sind ähnliche Elemente darin genauso wie die entsprechenden Elemente im Leistungssystem 10 nummeriert, außer dass das Motorsteuerungssystem 18 im Leistungssystem 10 durch das Motorsteuerungssystem 72 ersetzt wird. Das Motorsteuerungssystem 72 schließt eine Motorschaltbaugruppe oder -modul 74 ein, die sich von der Motorschaltbaugruppe 24 des Motorsteuerungssystems 18 unterscheidet. Wie bei der Motorschaltbaugruppe 24 schließt die Motorschaltbaugruppe 74 einen ersten Leistungswandler 76 und einen zweiten Leistungswandler 78 ein. Der erste und zweite Leistungswandler 76, 78 sind im Leistungssystem 70 jedoch Wechselrichter (in 4 als „Wechselrichter 1“ und „Wechselrichter 2“ dargestellt und im Folgenden als „erster Wechselrichter 76“ und „zweiter Wechselrichter 78“ bezeichnet), die sich eine DC-Verbindung 80 und eine DC-Verbindungs-Kondensatorbank 82 mit einem oder mehreren Kondensatoren teilen. Die DC-Verbindungs-Kondensatorbank 82 ist so bemessen, dass sie nur einen des ersten und zweiten Wechselrichters 76, 78 betreibt. Mit anderen Worten, die DC-Verbindungs-Kondensatorbank 82 hat Spannungs- und Stromnennwerte, die geringer sind als die kombinierten vollen Spannungs- und Stromnennwerte des ersten und zweiten Wechselrichters 76, 78. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die DC-Verbindungs-Kondensatorbank 82 halb so groß wie diejenige, die erforderlich ist, um einen des ersten und zweiten Wechselrichters 76, 68 auf herkömmliche Weise zu betreiben, bei der einer des ersten und zweiten Wechselrichters 76, 78 die Last unabhängig vom anderen antreibt. Die DC-Verbindungs-Kondensatorbank 82 kann jedoch so dimensioniert werden, dass beide des ersten und zweiten Wechselrichters 76, 78 gemäß alternativen Ausführungsformen gleichzeitig betrieben werden können.
Der erste Wechselrichter 76 ist über ein erstes Eingangsrelais 84 mit der DC-Verbindung 80 gekoppelt, und der zweite Wechselrichter 78 ist über ein zweites Eingangsrelais 86 mit der DC-Verbindung 80 gekoppelt. Da sich der erste und zweite Wechselrichter 76, 78 eine gemeinsame DC-Verbindung 80 teilen, fungiert die Festkörpervorrichtung 88 der Motorschaltbaugruppe 74 sowohl als Gleichrichter als auch als Eingangsschütz. Die Motorschaltbaugruppe 74 schließt außerdem ein Steuerungssystem oder ein Steuerung 90 zum Steuern der verschiedenen Schaltkomponenten der Motorschaltbaugruppe 74 und zum optionalen Ausschalten von Schalter 14 ein. In ähnlicher Weise wie das Leistungssystem 10 von 2 kann die Motorschaltbaugruppe 74 optional eine Umgehung 38 mit einem Umgehungsrelais 40, ein erstes und ein zweites Ausgangsrelais 42, 46 und/oder ein einzelnes Ausgangsrelais (nicht gezeigt) einschließen, das zwischen dem Knoten 44 und dem optionalen Ausgangsfilter 20 positioniert ist.
Unter Bezugnahme auf 5 wird eine beispielhafte Struktur/Konfiguration einer Ausführungsform der Motorschaltbaugruppe 74 von 4 gezeigt, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In der Ausführungsform von 5 ist der Festkörpereingangsschütz/Gleichrichter 88 ein halbgesteuerter Gleichrichter mit drei parallelen Sätzen eines Schalters 92 in Reihe mit einer Diode 94. In alternativen Ausführungsformen kann die Festkörpervorrichtung 88 die Form eines voll gesteuerten Gleichrichters haben, bei dem die Dioden 94 durch zusätzliche Schalter 92 ersetzt werden. Schalter 92 können SCRs oder Thyristoren sein, wie in 5 gezeigt, oder in Form einer anderen Art von Festkörperschütz, wie zum Beispiel IGBTs oder MOSFETs, bereitgestellt werden. Ähnlich wie das Festkörperschütz 28 der Motorschaltbaugruppe 24 (3) ermöglichen die Festkörperschalter 92 die Steuerung der Festkörpervorrichtung 88 durch die Steuerung 90, um die Höhe der Netzspannung und des Stroms in der Motorschaltbaugruppe 74 zu regulieren und so Spannungs- und Strombelastungen zu reduzieren. Da die Steuerung 90 ferner in der Lage ist, jeden Festkörperschalter 92 zuverlässig zu steuern, kann die Steuerung 90 mit der Spannung und dem Strom der Versorgungseinrichtung 12 (4) und muss nicht aus einer eigenständigen Stromquelle versorgt werden. Der Einsatz von SCRs 92 ermöglicht es der Steuerung 90 ferner, das Festkörperschütz 28 als Überlastrelais zu steuern, und zwar auf der Grundlage von Überspannungs- und/oder Überstrombedingungen in dem Leistungssystem 70 (2), die von verschiedenen Sensoren gemessen werden (nicht gezeigt). In verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung 90 die Festkörpervorrichtung 88 auch als Sanftstarter betreiben, wie z. B. in Ausführungsformen, in denen die Festkörpervorrichtung 88 ein vollständig gesteuerter Gleichrichter ist.
In der dreiphasigen Motorschaltbaugruppe 74 enthält jedes des ersten und zweiten Eingangsrelais 84, 86 einen Schalter 54 auf einem positiven Bus 96 der DC-Verbindung 80. Jedoch kann der Schalter 54 optional auf einem negativen Bus 98 der DC-Verbindung 80 entweder anstelle von oder zusätzlich zu dem Schalter 54 auf dem positiven Bus 96 enthalten sein. Die Motorschaltbaugruppe 74 kann auch optional ein erstes und zweites Ausgangsrelais 42, 46 (oder ein einzelnes, dem Knoten 44 nachgelagertes Ausgangsrelais) einschließen, die wie in der Motorschaltbaugruppe 24 angeordnet sind und jeweils drei Schalter 54 enthalten können, einen für jede Phase der durch sie fließenden AC-Leistung. Wie bei der Motorschaltbaugruppe 24 dürfen die Schalter 54 nur für die Motornennlast anstatt für die Motorvolllast (volle Motorspannung und Einschaltstromstoß-Nennwerte) ausgelegt sein, da die Steuerung 90 in der Lage ist, die Netzspannung und den Netzstrom mit den Schaltern 92 der Festkörpervorrichtung 88 zu steuern, wie z. B. beim Betrieb der Festkörpervorrichtung 88 mit Sanftstartfunktion.
In der Ausführungsform von 5 sind der erste und zweite Wechselrichter 76, 78 in ähnlicher Weise konfiguriert wie die Wechselrichter 66 der Motorschaltbaugruppe 24. Der erste und zweite Wechselrichter 76, 78 schließt die gleiche Reihe von Schalter- und antiparallelen Diodenpaaren 68, die von der Steuerung 90 gesteuert werden, ein, damit die Motorschaltbaugruppe 74 eine bestimmte AC-Leistung mit einer bestimmten Frequenz ausgeben kann. So kann die Steuerung 90 auch die Wechselrichter 66 als Überlastrelais steuern, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 3 angegeben. In alternativen Ausführungsformen können der erste und zweite Wechselrichter 76, 78 eine andere Struktur als die Wechselrichter 66 der Motorschaltbaugruppe 24 haben und/oder sich strukturell voneinander unterscheiden.
Ähnlich wie die Steuerung 26 der Motorschaltbaugruppe 24 kann die Steuerung 90 abwechselnd den ersten Wechselrichter 76 und den zweiten Wechselrichter 78 betreiben, um Redundanz zu gewährleisten und die Lebensdauer der Motorschaltbaugruppe 74 zu verlängern. Beispielsweise kann die Steuerung 90 zwischen dem Betrieb des ersten Wechselrichters 76 und des zweiten Wechselrichters 78 basierend auf einem Plan wechseln, was die Motorschaltbaugruppe 74 ausgleicht und die Zuverlässigkeit der Motorschaltbaugruppe 74 verbessert. Als weiteres Beispiel kann die Steuerung 90 von einem des ersten und zweiten Wechselrichters 76, 78 auf den anderen wechseln, wenn ein Fehler in einem des ersten und zweiten Wechselrichters 76, 78, wie z. B. eine Überlast oder ein Kurzschluss, erkannt wird. Darüber hinaus kann die Steuerung 90 so konfiguriert werden, dass sie zwischen dem ersten und zweiten Wechselrichter 76, 78 umschaltet oder sowohl den ersten als auch den zweiten Wechselrichter 76, 78 gleichzeitig betreibt, um die Last des Motor 22 aufzuteilen (4), wenn einer des ersten und zweiten Wechselrichters 76, 78 überhitzt oder einer anderen Art von Belastung ausgesetzt ist. In Ausführungsformen mit Umgehung 38 kann die Steuerung 90 auch das Umgehungsrelais 40 schließen, um beide des ersten und zweiten Wechselrichters 76, 78 zu umgehen, wenn beide ausfallen.
Unter Bezugnahme auf 6 bis 7 und mit ständiger Rückverweisung auf 2 bis 5 werden Verfahren für den Wechsel oder Übergang zwischen ersten und zweiten Leistungswandlern (z. B. VFDs 30, 34 der Motorschaltbaugruppe 24 von 2 bis 3 oder erste und zweite Wechselrichter 76, 78 der Motorschaltbaugruppe 74 von 4 bis 5) gemäß Ausführungsformen der Erfindung gezeigt. Erste und zweite Verfahren 116, 118 sind nachstehend unter Bezugnahme auf Komponenten des Leistungssystems 10 von 2 beschrieben. Jedoch sind das erste und zweite Verfahren 116, 118 auch auf Komponenten des Leistungssystems 70 von 4 anwendbar. Somit ist die Steuersequenz der Verfahren 116, 118 so zu verstehen, dass sie sich in ähnlicher Weise auf die Steuerung des ersten und zweiten Wechselrichters 76, 78 der Motorschaltbaugruppe 74 erstreckt, um im normalen Modus und im Modus für fliegenden Start unter Einsatz der Steuerung 90 im Leistungssystem 70 zu arbeiten.
6 veranschaulicht einen ersten Prozess oder ein Verfahren 116 zum Übergang von dem Betrieb des ersten VFD 30 zu dem Betrieb des zweiten VFD 34 zum Antrieb des Motors 22. 7 veranschaulicht einen zweiten Prozess oder ein Verfahren 118 zum Übergang von dem Betrieb des zweiten VFD 34 zu dem Betrieb des ersten VFD 30 zum Antrieb des Motors 22. Das erste und zweite Verfahren 116, 118 werden im Allgemeinen von der Steuerung 26 ausgeführt, die die Komponenten der Motorschaltbaugruppe 24 des Motorsteuerungssystems 18 steuert und optional den Schalter 14 des Leistungssystems 10 ausschaltet.
Bei der Steuerung des Betriebs der Motorschaltbaugruppe 24 in dem ersten und zweiten Verfahren 116, 118 steuert die Steuerung 26 die SCRs 52 im Festkörperschütz 28 über die Übertragung von Gate-Treibersignalen an diesen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist das Festkörperschütz 28 in einer Reihe von verschiedenen Betriebsmodi betreibbar, einschließlich eines „leitenden“ oder „Eingangs“-Betriebsmodus und eines „nichtleitenden“ oder „Übergangs“-Betriebsmodus, die nachstehend näher erläutert werden. Die Steuerung 26 steuert auch das Schalten des ersten und zweiten Relais 32, 36 (in 6 bis 7 als „Relais 1“ und „Relais 2“ bezeichnet) und optional die Umgehung von Relais 40 und des ersten und zweiten Ausgangsrelais 42, 46 zwischen dem Ein/Geschlossen-Zustand und dem Aus/Geöffnet-Zustand, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, so dass der Strom durch den ersten und den zweiten VFD 30, 34 selektiv gesteuert werden kann.
Unter Bezugnahme auf 6 beginnt das erste Verfahren 116 mit SCHRITT 120, wobei sich das Leistungssystem 10 in einem spannungslosen Zustand befindet, da der Trennschalter 14 im Aus-Zustand ist. Das heißt, der Stromfluss von einer Wechselstromquelle 12 zum Motorsteuerungssystem 18 wird durch den Trennschalter 14 unterbrochen, da sich der Trennschalter 14 im Aus-Zustand befindet. In SCHRITT 122 wird der Trennschalter 14 eingeschaltet, so dass Leistung zum Motorsteuerungssystem 18 (und zur Motorschaltbaugruppe 24) fließt und das System mit Energie versorgt wird. In diesem Anfangsstadium steuert die Steuerung 26 die SCRs 52 des Festkörperschützes 28 im Ein-Zustand (leitender Modus) in SCHRITT 122. Wie in der Technik bekannt, können die SCRs 52 in einen leitenden Zustand gebracht werden, indem entweder die Spannung an der Anode zur Kathode über die Durchbruchspannung hinaus erhöht wird oder indem ein positiver Impuls am Gate der SCRs 52 angelegt wird. Ebenfalls in SCHRITT 122 wird das erste Eingangsrelais 32 in den Ein-Zustand geschaltet, und das zweite Eingangsrelais 36 befindet sich im Aus-Zustand. Die Steuerung 26 betreibt dann den ersten VFD 30, um den Motor 22 anzutreiben. Während das erste Verfahren 116 so beschrieben wird, als ob der erste VFD 30 beim Starten initiiert wird, kann die Steuerung 26 alternativ die Entscheidung treffen, den zweiten VFD 34 oder jeden anderen im System eingeschlossenen VFD beim Start zu betreiben.
In SCHRITT 124 bestimmt die Steuerung 26, ob der Betrieb des ersten VFD 30 eingestellt werden soll, um den zweiten VFD 34 in Betrieb zu nehmen. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung trifft die Steuerung 26 diese Entscheidung auf Basis einer Anzahl von Eingaben und/oder Kriterien. In einer Ausführungsform kann die Steuerung 26 entscheiden, ob auf den zweiten VFD 34 umgeschaltet werden soll, wenn sie feststellt, dass der erste VFD 30 einen Fehler hat oder anderweitig nicht ordnungsgemäß funktioniert. Das heißt, die Steuerung 26 kann einen oder mehrere Spannungs- und/oder Stromwerte, die an dem ersten VFD 30 gemessen werden, mit einem oder mehreren vordefinierten Schwellenwerten vergleichen, um einen Kurzschluss oder einen anderen Fehler in dem VFD 30 abzutasten. Zum Beispiel können eine oder mehrere Spannungs- oder Stromprobenahme- oder -abtastschaltungen oder -sensoren (nicht abgebildet) Spannung und/oder Strom an einer oder mehreren Stellen in dem ersten VFD 30 messen oder bestimmen, einschließlich des Stroms auf der Schalterebene des Gleichrichters 56 oder des Wechselrichters 66, des Stroms auf der DC-Verbindung 58 und/oder der Ausgangsströme oder -spannungen von dem ersten VFD 30. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Steuerung 26 eine Spannung an der DC-Verbindung 58 mit einer vordefinierten „Überspannungsbedingung“ vergleichen, um festzustellen, ob der erste VFD 30 eine Fehlfunktion aufweist. Die Steuerung 26 kann auch entscheiden, zwischen dem Betrieb des ersten VFD 30 und des zweiten VFD 34 gemäß einem festgelegten und auf Steuerung 26 vorprogrammierten Betriebsplan umzuschalten, was die Lebensdauer des ersten und zweiten VFD 30, 34 verlängern soll. In einem solchen Fall, wenn die Betriebszeit der ersten VFD 30 eine durch den festgelegten Betriebsplan definierten Schwellenwert erreicht oder sich diesem annähert, kann die Steuerung 26 den Betrieb des Motors 22 von dem ersten VFD 30 auf den zweiten VFD 34 umschalten.
Wenn die Steuerung 26 in SCHRITT 124 entscheidet, dass der Betrieb nicht von dem ersten VFD 30 auf den zweiten VFD 34 übergehen soll, wie in Entscheidungszeile 126 angegeben, dann springt das erste Verfahren 116 auf SCHRITT 122 zurück. Dabei setzt die Steuerung 26 den Betrieb des ersten VFD 30 fort, um den Motor 22 anzutreiben. Wenn umgekehrt die Steuerung 26 in SCHRITT 124 bestimmt, dass ein Übergang von dem ersten VFD 30 auf den zweiten VFD 34 erfolgen soll, wie dies in Entscheidungszeile 128 angegeben ist, dann wird das erste Verfahren 116 mit SCHRITT 130 fortgesetzt, wo ein solcher Übergang durchgeführt wird.
In SCHRITT 130 stoppt die Steuerung 26 den Betrieb des ersten VFD 30 zum Antrieb des Motors 22 und sorgt dann dafür, dass das erste Eingangsrelais 32 in den Aus-Zustand übergeht. Da die Steuerung 26 den ersten VFD 30 deaktiviert, bevor sie das erste Eingangsrelais 32 öffnet, wird das erste Eingangsrelais 32 ohne Spannungs- oder Strombelastungen bei einem Nulllastzustand geschaltet, was ermöglicht, dass das erste Eingangsrelais 32 eine Nennspannung hat, die kleiner ist als die volle Motorspannung ohne Einschaltstrombelastung. Darüber hinaus müssen die SCRs 52 des Festkörperschützes 28 bei Deaktivierung des ersten VFD 30 nicht in den Aus-Zustand geschaltet werden, bevor das erste Eingangsrelais 32 geschaltet wird. Die Steuerung 26 kann jedoch optional zunächst die SCRs 52 im Festkörperschütz 28 in den Aus-Zustand (nichtleitenden Zustand) schalten, bevor das erste Eingangsrelais 32 von der geschlossenen in die offene Position geschaltet wird, um sicherzustellen, dass das erste Eingangsrelais 32 bei einem Nulllastzustand geschaltet wird. Dieses Umschalten der SCRs 52 in den Aus-Zustand kann von der Steuerung 26 auf bekannte Weise durchgeführt werden, z. B. durch Ausschalten des Gates und anschließendes kurzzeitiges Kurzschließen von Anode und Kathode, z. B. mit einem Druckknopfschalter oder Transistor über der Verbindungsstelle.
Nach dem Deaktivieren des ersten VFD 30 und Schalten des ersten Eingangsrelais 32 in den Aus-Zustand schaltet die Steuerung 26 das zweite Eingangsrelais 36 aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand und startet den zweiten VFD 34. Da der zweite VFD 34 gesteuert werden kann, um Spannungs- oder Strombelastungen am zweiten Eingangsrelais 36 während des Übergangs zwischen den Zuständen Aus und Ein zu verhindern, können die SCRs 52 von Schütz 28 im Ein-Zustand verbleiben. Die SCRs 52 von Schütz 28 können jedoch während dieses Übergangs im Aus-Zustand sein, um auch am zweiten Eingangsrelais 36 einen Nulllastzustand zu gewährleisten. In beiden Fällen schaltet die Steuerung 26 das zweite Eingangsrelais 36 bei einem Nulllastzustand, und das zweite Eingangsrelais 36 kann mit einer Nennspannung versehen werden, die kleiner als die volle Motorspannung ohne Einschaltstrombelastung ist. Wenn die SCRs 52 von Schütz 28 während des Übergangs des zweiten Eingangsrelais 36 ausgeschaltet werden, müssten die SCRs 52 zurück in den Ein-Zustand geschaltet werden, bevor die Steuerung 26 den zweiten VFD 34 starten kann, um den Motor 22 anzutreiben.
Die Steuerung 26 betreibt zunächst den zweiten VFD 34 mit aktiviertem Modus für fliegenden Start. Ein aktivierter Modus für fliegenden Start ermöglicht die Steuerung eines bereits drehenden Motors. Wenn ein VFD in einem normalen Betriebsmodus startet, beginnt der VFD zunächst bei 0 Hz und fährt dann bis zur angesteuerten Frequenz hoch. Beim Starten eines VFD im Normalbetrieb, bei dem sich der Motor bereits dreht, treten jedoch große Spannungen auf, die zu einem Überstromausfall führen können. Beim Modus für fliegenden Start ermittelt die Steuerung 26 zuerst die aktuelle Drehzahl des Motors 22 und startet dann den Betrieb des zweiten VFD 34, um dessen Frequenz, Amplitude und Phasenausgabe mit dem bereits drehenden Motor 22 zu synchronisieren.
In SCHRITT 132 bestimmt die Steuerung 26, ob der zweite VFD 34 die Drehzahl des Motors 22 erreicht hat oder mit diesem synchronisiert ist. Falls nicht, springt das erste Verfahren 116 auf SCHRITT 130 zurück, wie es in der Entscheidungszeile 134 angegeben ist. Sobald jedoch der zweite VFD 34 mit dem Motor 22 synchronisiert ist, wie in Entscheidungszeile 136 angegeben, springt das erste Verfahren 116 von SCHRITT 132 zu SCHRITT 138, ab dem die Steuerung 26 den zweiten VFD 34 zum Antrieb des Motors 22 einsetzt. Danach endet das erste Verfahren 116 mit SCHRITT 140.
Unter Bezugnahme auf 7 beginnt das Verfahren 118 für den Übergang von dem in Betrieb befindlichen VFD 34 zu dem Betrieb des VFD 30 in SCHRITT 142, wobei das Festkörperschütz 28 leitend ist, sich das erste Eingangsrelais 32 im Aus-Zustand und das zweite Eingangsrelais 36 im Ein-Zustand befindet und der zweite VFD 34 den Motor 22 steuert. Der Trennschalter 14 befindet sich in der Ein-Position, so dass Strom zum Motorsteuerungssystem 18 fließt und das System mit Energie versorgt wird. Die Steuerung 26 bestimmt, ob in SCHRITT 144 von dem Betrieb des zweiten VFD 34 zu dem Betrieb des ersten VFD 30 übergegangen werden soll. Die Steuerung 26 kann diese Bestimmung für den Übergang von VFD 34 zu VFD 30 auf der Grundlage der gleichen Eingaben und/oder Kriterien vornehmen, die unter Bezugnahme auf das erste Verfahren 116 beschrieben sind (z. B. bei Erfassung eines Kurzschlusses oder eines Fehlers, eines vorgegebenen Plans zur Verlängerung der Lebensdauer der VFDs 30, 34, der gemessenen Spannung und/oder des gemessenen Stroms an einer oder mehreren Stellen im zweiten VFD 34 usw.).
Wenn die Steuerung 26 in SCHRITT 144 bestimmt, dass der Übergang von dem ersten VFD 30 zu dem zweiten VFD 34 nicht erforderlich oder gewünscht ist, wie bei Entscheidungszeile 146 angegeben, dann springt das zweite Verfahren 118 auf SCHRITT 142 zurück. Damit fährt die Steuerung 26 mit dem Betrieb des zweiten VFD 34 fort, um den Motor 22 anzutreiben. Wenn umgekehrt die Steuerung 26 in SCHRITT 144 bestimmt, dass ein Übergang von dem zweiten VFD 34 zu dem ersten VFD 30 erforderlich oder gewünscht ist, wie in Entscheidungszeile 148 angegeben, dann wird das erste Verfahren 116 mit SCHRITT 150 fortgesetzt, wo ein solcher Übergang durchgeführt wird.
In SCHRITT 150 stoppt die Steuerung 26 den Betrieb des zweiten VFD 34 zum Antrieb des Motors 22 und schaltet das zweite Eingangsrelais 36 in den Aus-Zustand. Da, wie vorstehend unter Bezugnahme auf die erste Methode 116 ähnlich beschrieben, die Steuerung den zweiten VFD 34 deaktiviert, bevor das zweite Eingangsrelais 36 geöffnet wird, wird das zweite Eingangsrelais 36 bei einem Nulllastzustand ohne Spannungs- oder Strombelastungen geschaltet, so dass das zweite Eingangsrelais 36 mit einer Nennspannung, die kleiner als die volle Motorspannung ist, ohne Einschaltstrombelastung implementiert werden kann. Das Deaktivieren des zweiten VFD 34 ermöglicht auch, dass die SCRs 52 des Festkörperschützes 28 während des Schaltens des zweiten Eingangsrelais 36 eingeschaltet bleiben können. Die Steuerung 26 kann jedoch die SCRs 52 im Festkörperschütz 28 in den Aus-Zustand schalten, bevor das zweite Eingangsrelais 36 geöffnet wird, um sicherzustellen, dass das zweite Eingangsrelais 36 bei einem Nulllastzustand geschaltet wird.
Nach dem Schalten des zweiten Eingangsrelais 36 in den Aus-Zustand und Deaktivieren des zweiten VFD 34, schaltet die Steuerung 26 das erste Eingangsrelais 32 in den Ein-Zustand und betreibt den ersten VFD 30. Da die Steuerung 26 den ersten VFD 30 steuern kann, um Spannungs- oder Strombelastungen am ersten Eingangsrelais 32 während des Umschaltens vom Ein- in den Aus-Zustand zu verhindern, können die SCRs 52 von Schütz 28 im Ein-Zustand verbleiben. Alternativ kann die Steuerung 26 die SCRs 52 in den Aus-Zustand schalten, während das erste Eingangsrelais 32 geschaltet wird, um einen Nulllastzustand am ersten Eingangsrelais 32 herzustellen. In beiden Fällen schaltet die Steuerung 26 das erste Eingangsrelais 32 bei einem Nulllastzustand, und das erste Eingangsrelais 32 kann mit einer Nennspannung versehen werden, die kleiner als die volle Motorspannung ohne Einschaltstrombelastung ist. Wenn die Steuerung 26 die SCRs 52 von Schütz 28 in einen Aus-Zustand versetzt, während das erste Eingangsrelais 32 geschaltet wird, muss die Steuerung 26 die SCRs 52 wieder in den Ein-Zustand schalten, damit der erste VFD 30 den Motor 22 antreiben kann.
Die Steuerung 26 betreibt zunächst den ersten VFD 30 mit aktiviertem Modus für fliegenden Start, ermittelt die Drehzahl des Motors 22 und startet den ersten VFD 30, um dessen Frequenz-, Amplituden- und Phasenausgang mit dem bereits drehenden Motor 22 zu synchronisieren. In SCHRITT 152 bestimmt die Steuerung 26, ob der erste VFD 30 die Drehzahl des Motors 22 erreicht hat oder mit diesem synchronisiert ist. Falls nicht, springt das zweite Verfahren 118 auf SCHRITT 150 zurück, wie es in der Entscheidungszeile 154 angegeben ist. Sobald jedoch der erste VFD 30 mit dem Motor 22 synchronisiert ist, wie in Entscheidungszeile 156 angegeben, springt das zweite Verfahren 118 von SCHRITT 152 zu SCHRITT 158, ab dem die Steuerung 26 den ersten VFD 30 zum Antrieb des Motors 22 einsetzt. Danach endet das zweite Verfahren 118 mit SCHRITT 160.
Während das zweite Verfahren 118 vorstehend als eingeleitet beschrieben wird, sobald der zweite VFD 34 den Motor 22 antreibt, kann das zweite Verfahren 118 auch unter Betriebsbedingungen eingesetzt werden, bei denen der erste VFD 30 den Motor 22 antreibt und ein Umschalten auf den zweiten VFD 34 erforderlich sein kann. Mit anderen Worten, das zweite Verfahren 118 kann eingesetzt werden, um jeden der in dem Leistungssystem eingeschlossenen VFDs entweder aus dem Stillstand heraus oder mit einem fliegenden Start zu starten.
Wenn die optionale Umgehung 38 und das Umgehungsrelais 40 in der Motorschaltbaugruppe 24 eingeschlossen sind, kann die Steuerung 26 auch entscheiden, ob der Wechsel zur Freigabe der Umgehung 38 zum Antrieb des Motors 22 erfolgen soll. Die Steuerung 26 trifft diese Entscheidung, wenn z. B. sowohl der erste als auch der zweite VFD 30, 34 einen Fehlerzustand aufweisen oder wenn ein Bediener angezeigt hat, dass der Motor 22 in einem gleichbleibenden Zustand laufen soll. Wenn ferner ein optionales erstes und zweites Ausgangsrelais 42, 46 in der Motorschaltbaugruppe 24 eingeschlossen sind, kann das optionale erste und zweite Ausgangsrelais 42, 46 so gesteuert werden, dass es in Verbindung mit dem ersten und zweiten Eingangsrelais 32, 36 arbeitet, wobei das erste Eingangs- und Ausgangsrelais 32, 42 im gleichen Zustand und das zweite Eingangs- und Ausgangsrelais 36, 46 ebenfalls im gleichen Zustand betrieben werden. Alternativ können das optionale erste und zweite Ausgangsrelais 42, 46 gesteuert werden, um im Aus-Zustand nur in dem Fall zu arbeiten, wenn entweder der erste oder der zweite VFD 30, 34 einen Fehler aufweist und getrennt werden muss.
Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen VFD-Wechselverfahren 116, 118 kann die Steuerung 26 auch den ersten und zweiten VFD 30, 34 so steuern, dass diese unter bestimmten Bedingungen gleichzeitig arbeiten. Als ein nicht einschränkendes Beispiel gilt: Wenn der erste VFD 30 den Motor 22 antreibt und einen Belastungsschwellenwert, wie z. B. eine Temperaturschwelle, erreicht oder sich diesem annähert, kann die Steuerung 26 bestimmen, dass der zweite VFD 34 gemeinsam mit dem ersten VFD 30 betrieben werden soll, um die Last des Motors 22 zu teilen, anstatt auf den alleinigen Betrieb des zweiten VFD 34 umzuschalten. Der gleichzeitige Betrieb des ersten und zweiten VFD 30, 34 kann sinnvoll sein, um die Gesamtbelastung der Motorschaltbaugruppe 24 zusätzlich zur Belastung des ersten VFD 30 zu reduzieren.
Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen funktionalen Vorteilen, die von dem Einbau redundanter Leistungsstrukturen in ein Leistungssystem herrühren, stellt die Verwendung redundanter Leistungsstrukturen die Möglichkeit bereit, zusätzliche Vorteile auf Systemebene zu nutzen, wenn die Komponenten der Motorschaltbaugruppe 24 als Schaltung auf Leiterplattenebene bereitgestellt werden, wobei die Baugruppe Komponenten einschließt, die auf einer Leiterplatte (PCB) angebracht oder direkt auf dieser ausgebildet sind. Der Aufbau der Motorschaltbaugruppe 24 als Schaltkreis auf Leiterplattenebene stellt ein kompaktes System bereit, das statt in einem großen Metallschaltschrank in einem kompakten Kunststoffgehäuse (nicht abgebildet) untergebracht werden kann.
Unter Bezugnahme auf 8 bis 10 werden Vorder-, Rück- und Draufsicht einer Motorsteuerungs- und Schutzbaugruppe oder -moduls 100 gezeigt, die mit einer PCB 102 gekoppelt ist, entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung. Das Motorsteuerungs- und Schutzmodul 100 wird hierin so beschrieben, dass es einige der gleichen Komponenten wie das Leistungssystem 10 von 2 einschließt und darin daher ähnliche Elemente wie die entsprechenden Elemente in Leistungssystem 10 nummeriert sind. Es ist jedoch zu verstehen, dass die Konfiguration des Motorsteuerungs- und Schutzmoduls 100 in 8 bis 10 nur eine beispielhafte Konfiguration von vielen verschiedenen möglichen Konfigurationen ist. Die Vielzahl der Komponenten, die in der Motorschaltbaugruppe 24 eingeschlossen sind, sind auf der PCB 102 angebracht oder direkt auf dieser ausgebildet.
Die PCB 102 kann eine Standard- oder kundenspezifische Konstruktion sein und aus einem isolierenden Substrat mit einer Vielzahl von darauf ausgebildeten Leiterbahnen oder Leitungen (nicht abgebildet) sein, die elektrische Verbindungspfade zwischen den Komponenten auf dem Substrat bereitstellen. Die Kopplung der Komponenten an die PCB 102 kann durch eine Reihe von geeigneten Mitteln erreicht werden, einschließlich Plug-and-Play-Komponenten, die an der PCB 102 eingerastet werden und/oder Komponenten, die dauerhaft auf die PCB 102 gelötet werden. Die Komponenten können elektrisch mit der PCB 102 über Kontaktpads auf der PCB 102 verbunden werden, die mit entsprechenden Pads auf den jeweiligen Komponenten zusammenpassen oder mit diesen verlötet werden, und elektrische Verbindungen und Kommunikationen zwischen den Komponenten (und der Steuerung 26) können über die auf der PCB 102 ausgebildeten Leiterbahnen bereitgestellt werden. Die Montage der Komponenten direkt auf die PCB 102 und die Verwendung der elektrischen Leiterbahnen zur Bildung von Verbindungen zwischen Komponenten resultieren in einer Motorschaltbaugruppe 24 auf Leiterplattenebene mit weniger Anschlussverbindungen und Kabeln, so dass Spannungsverluste in der Motorschaltbaugruppe 24 reduziert werden und der Wirkungsgrad der Motorschaltbaugruppe 24 verbessert wird. In alternativen Ausführungsformen kann die Motorschaltbaugruppe 24 mit mehreren Leiterplattensubstraten bereitgestellt werden, an die jeweils eine ausgewählte Teilmenge von Komponenten gekoppelt ist.
Bezugnehmend auf 8 sind die Eingangssicherung 16, das Festkörperschütz 28, das erste und zweite Eingangsrelais 32, 34 (in 8 deutlicher gezeigt) und eine optionale Benutzerschnittstelle 104 mit einer ersten Oberfläche 106 der PCB 102 gekoppelt. Die optionale Benutzerschnittstelle 104 ist durch das Kunststoffgehäuse des Leistungssystems 100 sichtbar, so dass ein Benutzer verschiedene Einstellungen für das Motorsteuer- und Schutzmodul 100 ändern kann. In 6 ist die Steuerung 26 innerhalb der optionalen Benutzerschnittstelle 104 untergebracht, was es einem Benutzer ermöglicht, Einstellungen der Steuerung 26 anzupassen. Das erste und zweite Eingangsrelais 32, 36 sind ebenfalls mit der ersten Oberfläche 106 der PCB 102 gekoppelt, wie in 8 gezeigt. Zusätzlich können das optionale Umgehungsrelais 40 und das optionale erste und zweite Ausgangsrelais 42, 46 oder ein einzelnes Ausgangsrelais 48 mit der ersten Oberfläche 106 der PCB 102 gekoppelt werden.
Unter Bezugnahme auf 7 ist der erste und zweite VFD 30, 34 an eine zweite Oberfläche 108 von PCB 102 gekoppelt. Ein gemeinsam genutzter Kühlkörper 110 ist an beiden VFDs 30, 34 angebracht. Wenn nur jeweils einer des ersten und zweiten VFD 30, 34 in Betrieb ist oder der erste und zweite VFD 30, 34 gleichzeitig in Betrieb sind, um die Last zu teilen, kann der gemeinsame Kühlkörper 110 thermisch so dimensioniert sein, dass er die von einem der VFDs 30, 34 erzeugte Wärme bewältigt, wodurch Größe und Kosten des Kühlkörpers 110 reduziert werden. Mit anderen Worten, der Kühlkörper 110 ist thermisch so dimensioniert, dass er eine Wärmemenge bewältigen kann, die von jedem des ersten und zweiten VFD 30, 34 erzeugt wird, wenn diese einzeln und unter Volllast arbeiten. In alternativen Ausführungsformen ist jedoch der erste und zweite VFD 30, 34 jeweils mit einem diskreten Kühlkörper versehen. Die DC-Verbindungs-Kondensatorbänke 64 für den ersten und zweiten VFD 30, 34 sind an die zweite Fläche 108 außerdem mit einer optionalen DC-Drossel und dem Filtermodul 112 für elektromagnetische Störungen (EMI) gekoppelt. Ein Gebläse 114 ist so positioniert, dass es einen Luftstrom zu dem Kühlkörper 110 leitet. Diese Anordnung der VFDs 30, 34 auf der PCB 102 ermöglicht es somit, dass sich die beiden VFDs 30, 34 einen gemeinsamen Kühlkörper 110, den Lüfter 114 und das Kühlschema teilen.
Daher stellen Ausführungsformen der Erfindung vorteilhafterweise ein Motorsteuerungssystem und dessen Betriebsverfahren bereit, die fortschrittlichere Steuerungen im Motorsteuerungssystem ermöglichen, einschließlich der Steuerung und des Schutzes des Leistungsflusses, während gleichzeitig die Anzahl der diskreten Komponenten, die im Motorsteuerungssystem eingeschlossen sind, reduziert wird (z. B. für das Entfernen diskreter Schütze und Sanftstarter einer Umgehungsbaugruppe). Die Integration eines multifunktionalen Festkörperschützes und von Relais in eine Motorschaltbaugruppe auf Leiterplattenebene stellt eine elektrische Trennung bereit und ermöglicht den Übergang zwischen redundanten Motorantriebskomponenten, wie z. B. dem ersten und zweiten VFD oder dem ersten und zweiten Wechselrichter. Das Festkörperschütz und die Relais stellen die Weiterleitung von Leistung zu den Motorantriebskomponenten und den Übergang zwischen Zuständen unter einem Nulllastzustand bereit. Der Übergang zwischen den Motorantriebskomponenten ermöglicht ein zuverlässigeres System, das auch dann noch voll funktionsfähig ist, wenn eine der Motorantriebskomponenten eine Störung oder einen Ausfall erfährt. Ferner erleichtert die Bereitstellung redundanter Motorantriebskomponenten als Teil einer Motorschaltbaugruppe auf Leiterplattenebene den Einsatz eines gemeinsamen Kühlkörpers und hat den zusätzlichen Vorteil von weniger Kabel- und Anschlussverbindungen und stellt ein effizienteres Motorsteuerungssystem bereit.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt eine Motorsteuerung für die selektive Steuerung der Leistung aus einer Leistungsquelle an eine Last eine Motorschaltbaugruppe ein, die ein Festkörperschütz mit einer Vielzahl von Festkörperschützen hat. Die Motorschaltbaugruppe schließt außerdem mindestens eine DC-Verbindung ein, die mit dem Festkörperschütz gekoppelt ist, sowie einen ersten und zweiten Wechselrichter, die mit mindestens einer DC-Verbindung gekoppelt sind. Die Motorschaltbaugruppe schließt ferner ein erstes Relais ein, das zwischen dem Festkörperschütz und einem Eingang des ersten Wechselrichters gekoppelt ist, sowie ein zweites Relais, das zwischen dem Festkörperschütz und einem Eingang des zweiten Wechselrichters gekoppelt ist. Außerdem schließt die Motorsteuerung ein Steuerungssystem ein, das darauf programmiert ist, die Motorschaltbaugruppe so zu steuern, dass sie die Last selektiv mit Leistung aus der Leistungsquelle versorgt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt ein steuerungsimplementiertes Verfahren zum Betrieb eines Motorsteuerungssystems mit einem Festkörperschütz, mindestens einer mit dem Festkörperschütz gekoppelten DC-Verbindung, einem ersten und zweiten Leistungswandler, die mit mindestens einer DC-Verbindung gekoppelt sind, sowie einem ersten und zweiten Relais, die zwischen dem Festkörperschütz und dem jeweiligen ersten und zweiten Leistungswandler gekoppelt sind, die Steuerung des Festkörperschützes in einem leitenden Modus ein. Das Verfahren schließt außerdem ein, dass das erste Relais geschlossen wird, um Leistung an den ersten Leistungswandler zu liefern und den ersten Leistungswandler zu betreiben, um einen Motor anzutreiben. Das Verfahren schließt ferner den Übergang von dem Betrieb des ersten Leistungswandlers zu dem Betrieb des zweiten Leistungswandlers durch Deaktivieren des ersten Leistungswandlers, das Öffnen des ersten Relais, das Schließen des zweiten Relais, und den Betrieb des zweiten Leistungswandlers zum Antrieb des Motors ein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt eine Motorschaltbaugruppe einen ersten Leistungswandler, einen zweiten Leistungswandler, der parallel mit dem ersten Leitungswandler gekoppelt ist, sowie ein Festkörperschütz ein, das dem ersten und zweiten Leistungswandler vorgelagert positioniert ist. Die Motorschaltbaugruppe schließt außerdem ein erstes Relais ein, das zwischen dem Festkörperschütz und dem ersten Leistungswandler positioniert ist, sowie ein zweites Relais, das zwischen dem Festkörperschütz und dem zweiten Leistungswandler positioniert ist.
Die vorliegende Erfindung wurde im Sinne der bevorzugten Ausführungsform beschrieben, und es versteht sich, dass Äquivalente, Alternativen und Änderungen, abgesehen von den ausdrücklich genannten, im Rahmen der beigefügten Ansprüche möglich sind.

Claims

Motorsteuerungssystem zum selektiven Steuern von Leistung von einer Leistungsquelle zu einer Last, das Motorsteuerungssystem umfassend: eine Motorschaltbaugruppe umfassend: ein Festkörperschütz, das eine Vielzahl von Festkörperschützen umfasst; mindestens eine Gleichstromverbindung (DC-Verbindung), die mit dem Festkörperschütz gekoppelt ist; einen ersten Wechselrichter, der mit mindestens einer DC-Verbindung gekoppelt ist; ein erstes Relais, das zwischen dem Festkörperschütz und einem Eingang des ersten Wechselrichters gekoppelt ist; einen zweiten Wechselrichter, der mit mindestens einer DC-Verbindung gekoppelt ist; und ein zweites Relais, das zwischen dem Festkörperschütz und einem Eingang des zweiten Wechselrichters gekoppelt ist; und ein Steuerungssystem, das so programmiert ist, dass es die Motorschaltbaugruppe steuert, um der Last selektiv Leistung aus der Leistungsquelle zuzuführen.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen ersten Gleichrichter, der zwischen das erste Relais und den ersten Wechselrichter gekoppelt ist; und einen zweiten Gleichrichter, der zwischen das zweite Relais und den zweiten Wechselrichter gekoppelt ist; wobei die mindestens eine DC-Verbindung umfasst: eine erste DC-Verbindung, die zwischen dem ersten Gleichrichter und dem Eingang des ersten Wechselrichters gekoppelt ist, so dass der erste Gleichrichter, die erste DC-Verbindung und der erste Wechselrichter einen ersten Antrieb mit variabler Frequenz (VFD) ausbilden; und eine zweite DC-Verbindung, die zwischen dem zweiten Relais und dem Eingang des zweiten Wechselrichters gekoppelt ist, so dass der zweite Gleichrichter, die zweite DC-Verbindung und der zweite Wechselrichter einen zweiten VFD ausbilden.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei das Festkörperschütz drei Paare von antiparallelen Schaltern umfasst.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine DC-Verbindung eine einzelne DC-Verbindung umfasst, die zwischen dem Festkörperschütz und dem ersten Relais und zwischen dem Festkörperschütz und dem zweiten Relais gekoppelt ist.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei das Festkörperschütz einen halbgesteuerten Gleichrichter umfasst, der drei parallele Sätze eines siliziumgesteuerten Gleichrichters (SCR) in Reihe mit einer Diode einschließt.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein drittes Relais, das mit einem Ausgang des ersten Wechselrichters gekoppelt ist; und ein viertes Relais, das mit einem Ausgang des zweiten Wechselrichters gekoppelt ist.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die Motorschaltbaugruppe eine Baugruppe auf Leiterplattenebene umfasst, wobei das Festkörperschütz, das erste und zweite Relais und der erste und zweite Wechselrichter auf einer Leiterplatte (PCB) angebracht oder auf dieser ausgebildet sind.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend einen gemeinsamen Kühlkörper, der mit dem ersten und zweiten Wechselrichter gekoppelt ist, wobei der gemeinsame Kühlkörper thermisch so bemessen ist, dass er eine Wärmemenge bewältigen kann, die von einem des ersten und zweiten Wechselrichters erzeugt wird, wenn dieser bei Volllast arbeitet.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der erste Wechselrichter und der zweite Wechselrichter mit einer gemeinsamen DC-Verbindungs-Kondensatorbank gekoppelt sind; und wobei die gemeinsame DC-Verbindungs-Kondensatorbank die Hälfte der Größe hat, die erforderlich ist, um einen des ersten und zweiten Wechselrichters als unabhängigen Antrieb für die Last zu betreiben.
Steuerungsimplementiertes Verfahren zum Betrieb eines Motorsteuerungssystems mit einem Festkörperschütz, mindestens einer mit dem Festkörperschütz gekoppelten Gleichstrom-Verbindung (DC-Verbindung), einem ersten und zweiten Leistungswandler, die mit mindestens einer DC-Verbindung gekoppelt sind, sowie einem ersten und zweiten Relais, die zwischen dem Festkörperschütz und dem jeweiligen ersten und zweiten Leistungswandler gekoppelt sind, das Verfahren umfassend: Steuern des Festkörperschützes in einem leitenden Modus; Schließen des ersten Relais, um Leistung an den ersten Leistungswandler zu liefern; Betrieb des ersten Leistungswandlers, um einen Motor anzutreiben; Übergang von dem Betrieb des ersten Leistungswandlers zu dem Betrieb des zweiten Leistungswandlers durch: Deaktivieren des ersten Leistungswandlers; Öffnen des ersten Relais; Schließen des zweiten Relais; und Betrieb des zweiten Leistungswandlers, um den Motor anzutreiben.
Verfahren nach Anspruch 10 mit Übergang von dem Betrieb des ersten Leistungswandlers zu dem Betrieb des zweiten Leistungswandlers, ferner umfassend: Erkennen der aktuellen Motordrehzahl; Steuern des zweiten Leistungswandlers gemäß einem Modus für fliegenden Start, um mit der aktuellen Motordrehzahl zu synchronisieren; Bestimmen, ob der zweite Leistungswandler mit der aktuellen Motordrehzahl synchronisiert ist; Steuern des zweiten Leistungswandlers, um in dem Modus für fliegenden Start fortzufahren, wenn der zweite Leistungswandler nicht mit der aktuellen Motordrehzahl des Motors synchronisiert ist; und Betrieb des zweiten Leistungswandlers, um den Motor anzutreiben, wenn der zweite Leistungswandler mit der aktuellen Motordrehzahl synchronisiert ist.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend den Übergang von dem Betrieb des ersten Leistungswandlers zu dem Betrieb des zweiten Leistungswandlers durch Bestimmen von mindestens einem von: Temperatur des ersten Leistungswandlers; erkannter Ausfall des ersten Leistungswandlers; und verstrichene Betriebsdauer des ersten Leistungswandlers.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend: Schließen jedes des ersten und zweiten Relais; und gleichzeitiger Betrieb des ersten und zweiten Leistungswandlers, um die Motorlast zu teilen.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend: Überwachen der Betriebstemperatur des ersten Leistungswandlers; und gleichzeitiger Betrieb des ersten und zweiten Leistungswandlers, wenn die überwachte Betriebstemperatur des ersten Leistungswandlers einen Temperaturschwellenwert erreicht oder überschritten hat.
Motorschaltbaugruppe umfassend: einen ersten Leistungswandler; einen zweiten Leistungswandler, der parallel zu dem ersten Leistungswandler geschaltet ist; ein Festkörperschütz, das dem ersten und zweiten Leistungswandler vorgelagert positioniert ist; ein erstes Relais, das zwischen dem Festkörperschütz und dem ersten Leistungswandler positioniert ist; und ein zweites Relais, das zwischen dem Festkörperschütz und dem zweiten Leistungswandler positioniert ist.
Motorschaltbaugruppe nach Anspruch 15, wobei das Festkörperschütz eine Vielzahl von Festkörperschützen umfasst.
Motorschaltbaugruppe nach Anspruch 15, wobei der erste und zweite Leistungswandler variable Frequenzantriebe (VFDs) umfassen.
Motorschaltbaugruppe nach Anspruch 15, wobei der erste und zweite Leistungswandler Wechselrichter umfassen.
Motorschaltbaugruppe nach Anspruch 18, wobei die Wechselrichter an eine gemeinsame DC-Verbindung gekoppelt sind.
Motorschaltbaugruppe nach Anspruch 15, wobei der erste und zweite Leistungswandler benachbart zueinander auf einer Leiterplatte (PCB) positioniert sind und sich einen gemeinsamen Kühlkörper teilen.