DE202009011935U1

DE202009011935U1 - Frequenzumrichteranordnung

Info

Publication number: DE202009011935U1
Application number: DE202009011935U
Authority: DE
Original assignee: ABB Oy
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2010-02-11
Anticipated expiration: 2019-09-05
Also published as: FIU20090304U0; FI8535U1

Abstract

Frequenzumrichteranordnung, die
einen Frequenzumrichter, die drei Eingangsphasenanschlüsse (U1, V1, W1) und einen Anschluss (UDC+) an einen positiven Pol eines Zwischenkreises des Frequenzumrichters aufweist; und
eine Gleichspannungsquelle (DC), die einen positiven Pol und einen negativen Pol aufweist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
der Anschluss (UDC+) an den positiven Pol des Zwischenkreises des Frequenzumrichters mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle (DC) verbunden ist und wenigstens einer der drei Eingangsphasenanschlüsse (U1, V1, W1) des Frequenzumrichters mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist.

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Frequenzumrichteranordnung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Frequenzumrichter ist ein Gerät, das zum Beispiel zum Steuern eines Elektromotors oder einer anderen Last verwendet wird. Mittels des Frequenzumrichters kann zum Beispiel das Steuern eines Motors auf zuverlässige Weise so verwirklicht werden, dass der Motor zum Beispiel die gewünschte Geschwindigkeits- oder Drehmomentanweisung genau verwirklicht.
In 1 sind einige typische Terminalkonstruktionsalternativen eines Hauptkreises eines Frequenzumrichters dargestellt. Die einfachste Alternative a weist nur Anschlüsse U1, V1 und W1 für Eingangsphasen des Frequenzumrichters sowie Anschlüsse U2, V2 und W2 für Ausgangsphasen des Frequenzumrichters auf. Die Alternative b weist außerdem einen Anschluss UDC+ an einen positiven Pol eines Zwischenkreises des Frequenzumrichters sowie einen Anschluss BRK zum Anschließen eines Bremswiderstands an den Frequenzumrichter auf. Ein eventueller äußerer Bremswiderstand kann dabei zwischen die Anschlüsse BRK und UDC+ geschaltet werden, wobei ein vom Frequenzumrichter aufweisender Bremschopper ihn verwenden kann. In der Alternative c ist zusätzlich ein Anschluss UDC– an einen negativen Pol des Zwischenkreises des Frequenzumrichters vorhanden. Aus Kostengründen versucht man jedoch, die Terminals des Frequenzumrichters einfach und die Zahl der Anschlüsse im Minimum zu halten, wobei zum Beispiel für eine bloße äußere Schaltung des Bremswiderstands im Gerät typisch das Terminal nach der Alternative b der 1 verwendet wird.
Wenn man in Verbindung mit dem Terminal der Alternative b der 1 eine äußere Gleichspannungsquelle zum Zuführen von Leistung dem Frequenzumrichter verwenden möchte, steht keine direkte Kopplung an den Zwischenkreis des Frequenzumrichters zur Verfügung, weil der Anschluss an den negativen Pol des Zwischenkreises des Frequenzumrichters fehlt. Die Kopplung gelingt über die Anschlüsse U1, V1 und W1 der Eingangsphasen, wenn irgendeine Phase an eine positive Schiene einer äußeren Gleichspannungsquelle und irgendeine andere Phase entsprechend an eine negative Schiene der Gleichspannungsquelle gekoppelt werden, wobei die Gleichspan nungsquelle über Dioden einer Eingangsbrücke des Frequenzumrichters an den Zwischenkreis des Frequenzumrichters gekoppelt wird.
Die Schwäche der oben beschriebenen Anordnung liegt darin, dass die Dioden der Eingangsbrücke des Frequenzumrichters nicht notwendigerweise einzeln den von der Nennleistung des Frequenzumrichters verlangten Strom aushalten, wobei die Ausgangsleistung des Frequenzumrichters gesenkt werden muss. Der Senkungsbedarf kann sogar über 50% je nach der Konstruktion des Frequenzumrichters sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung so zu entwickeln, dass das oben erwähnte Problem gelöst oder gemildert werden kann, oder wenigstens eine alternative Lösung zu bieten. Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer Anordnung gelöst, die durch das gekennzeichnet ist, was im unabhängigen Schutzanspruch 1 gesagt wird. Die vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Schutzansprüche.
Die Erfindung beruht darauf, dass der Anschluss an den positiven Pol des Zwischenkreises des Frequenzumrichters mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist und weningstens einer der drei Eingangsphasenanschlüsse des Frequenzumrichters mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist.
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass sie das Koppeln der Gleichspannungsquelle an den Frequenzumrichter ermöglicht, der einen Anschluss an den positiven Pol des Zwischenkreises des Frequenzumrichters, aber nicht notwendigerweise einen Anschluss an den negativen Pol des Zwischenkreises aufweist. Weiter, wenn zwei oder drei der drei Eingangsphasenanschlüsse des Frequenzumrichters mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden sind, verteilt sich ein Strombelag zwischen Dioden eines Unterzweigs der Eingangsbrücke des Frequenzumrichters. Dabei braucht die Ausgangsleistung des Frequenzumrichters gar nicht notwendigerweise gesenkt zu werden, sondern er kann mit der Nennleistung verwendet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird jetzt im Zusammenhang mit den vorteilhaften Ausführungsformen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, von denen zeigen:
1 Beispiele für Terminalkonstruktionsalternativen eines Hauptkreises eines Frequenzumrichters;
2 ein Schaltbild von einer Frequenzumrichteranordnung nach einer Ausführunsgform;
3 ein Schaltbild von einer Frequenzumrichteranordnung nach einer Ausführungsform;
4 ein Schaltbild von einer Frequenzumrichteranordnung nach einer Ausführungsform; und
5 ein Schaltbild von einer Frequenzumrichteranordnung nach einer Ausführungsform.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In 2 ist ein Beispiel für eine Frequenzumrichteranordnung nach einer Ausführungsform dargestellt. Es soll beachtet werden, dass in der Figur nur für das Verstehen der Erfindung wesentliche Komponenten gezeigt sind. Es ist auch zu beachten, dass die Anwendung der Erfindung nicht auf den Zusammenhang eines Frequenzumrichters vom bestimmten Typ beschränkt ist. Auch zum Beispiel der Typ der vom Frequenzumrichter gesteuerten Last oder der dazwischen befindlichen Anschlüsse, wie der Spannungspegel, spielt für den Grundgedanken der Erfindung keine Rolle. Im Beispiel der Figur weist eine Eingangsbrücke des Frequenzumrichters Dioden D1, D2, D3, D4, D5 und D6 auf, die mit Eingangsphasenanschlüssen U1, V1 und W1 des Frequenzumrichters in Verbindung stehen. Weiter weist ein Gleichspannungs- oder Gleichstromzwischenkreis des Frequenzumrichters wenigstens eine Kapazitanz C auf. Ein von einem Gleichrichter aufweisender Bremschopper weist eine Diode D7 sowie einen Schalter S7 auf, der typisch ein Halbleiterschalter, wie zum Beispiel ein IGBT (Insulated-gate Bipolar Transistor), ist. Zum Ermöglichen des Anschließens eines äußeren Bremswiderstands weist der Frequenzumrichter einen Anschluss BRK zum Anschließen des Bremswiderstands an den Frequenzumrichter sowie einen Anschluss UDC+ an einen positiven Pol eines Zwischenkreises des Frequenzumrichters auf. Der Anschluss BRK ist in diesem Beispiel an einen Kollektor des Schalters S7 gekoppelt. Es ist zu beachten, dass die Konstruktion des Bremschoppers von der in der Figur dargestellten abweichen kann, ohne dass dies eine Rolle für den Grundgedanken der Erfindung spielt. Eine Ausgangsbrücke des Frequenzumrichters weist Schalter S1, S2, S3, S4, S5 und S6 auf, die mit Ausgangsphasenanschlüssen U2, V2 und W2 des Frequenzumrichters in Verbindung stehen. Die Schalter S1 bis S6 sind typisch Halbleiterschalter, wie zum Beispiel ein IGBT (Insulated-gate Bipolar Transistor), und neben ihnen können sog. Nulldioden auf die in der Figur dargestellte Weise in Gegenrichtung gekoppelt sein. Die Steuerschaltungen der Schalter S1 bis S6 sind klarheitshalber nicht in der Figur gezeigt. Die in 2 gezeigte Ausführungsform weist weiter eine Gleichspannungsquelle DC auf, die jede beliebige Gleichspannungsquelle, wie zum Beispiel ein Zwischenkreis eines Netzwechselrichters oder Gleichspannungssammelschienen, sein kann. Ein positiver Pol der Gleichspannungsquelle ist mit dem Anschluss UDC+ an den positiven Pol des Zwischenkreises des Frequenzumrichters verbunden. Außerdem ist ein negativer Pol der Gleichspannungsquelle mit den Eingangsphasenanschlüssen U1, V1 und W1 des Frequenzumrichters verbunden. Alternativ kann der negative Pol der Gleichspannungsquelle nur mit einem oder zwei der drei Eingangsphasenanschlüsse U1, V1 und W1 des Frequenzumrichters verbunden werden. Je mehr Eingangsphasenanschlüsse vorhanden sind, mit denen der negative Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist, desto größere Leistungsübertragung ermöglicht die Schaltung, weil sich der Strom entsprechend zwischen mehreren Dioden D4, D5, D6 eines Unterzweigs der Eingangsbrücke verteilt.
In 3 ist ein Beispiel für eine Frequenzumrichteranordnung nach einer Ausführungsform dargestellt. Im Beispiel der 3 sind Eingangsphasenanschlüsse U1, V1 und W1 des Frequenzumrichters über phasenbezogene Ausgleichsimpedanzen Z1, Z2 und Z3 mit einem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle DC verbunden. Die phasenbezogenen Ausgleichsimpedanzen Z1, Z2 und Z3 sollen eine gleichmäßige Belastung von Dioden parallel geschalteter Eingangsphasenzweige gewährleisten, wenn wenigstens zwei der drei Eingangsphasenanschlüsse U1, V1 und W1 des Frequenzumrichters mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle DC verbunden sind. Es ist also vorteilhaft, derartige Ausgleichsimpedanzen auch in dem Fall zu verwenden, dass nur zwei der drei Eingangsphasenanschlüsse U1, V1 und W1 des Frequenzumrichters mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle DC verbunden sind. Die Ausgleichsimpedanzen Z1, Z2, Z3 bestehen aus Widerständen, aus Spulen oder aus deren Kombination. Vorzugsweise sind die Ausgleichsimpedanzen Z1, Z2, Z3 Widerstände, deren Resistanz 10 mΩ–100 mΩ beträgt.
In 4 ist ein Beispiel für eine Frequenzumrichteranordnung nach einer Ausführungsform dargestellt. Im Beispiel der 4 ist ein An schluss BRK zum Anschließen eines Bremswiderstands mit einem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle DC verbunden und ein Bremschopper ist in einem leitenden Zustand dadurch angeordnet worden, dass vorzugsweise ein Schalter S7 des Bremschoppers in den leitenden Zustand gesteuert worden ist. Die Schaltung der 4 ermöglicht außerdem die Zuführung der Bremsenergie einer an Ausgangsphasenanschlüsse gekoppelten Last (nicht in der Figur gezeigt) zurück der Gleichspannungsquelle DC, weil in der Schaltung der 4 von einer negativen Schiene eines Zwischenkreises des Frequenzumrichters ein bidirektionaler Stromweg zum negativen Pol der Gleichspannungsquelle DC vorhanden ist; in eine Richtung über den Schalter 7 des Bremschoppers und in eine andere Richtung über parallel geschaltetete Dioden eines Unterzweigs D4, D5, D6 einer Eingangsbrücke. So kann eine bidirektionale Leistungsübertragung zwischen einem Zielfrequenzumrichter und einer äußeren Gleichspannungsquelle DC ohne an der ursprünglichen Konstruktion des Zielfrequenzumrichters vorzunehmende Änderungen erreicht werden. Das richtige Betätigen der Anordnung der 4 setzt nur voraus, dass der Schalter 7 des Bremschoppers des Frequenzumrichters immer in den leitenden Zustand gezwungen werden kann. Dies kann dadurch verwirklicht werden, dass eine passende Änderung an einer Steuerfunktion (nicht in der Figur gezeigt) des Schalters S7 des Bremschoppers des Frequenzumrichters vorgenommen wird. Die Änderung kann strukturelle Änderungen und/oder Softwareänderungen je nach der Verwirklichung des Frequenzumrichters voraussetzen. Typisch reicht jedoch eine bloße Softwareänderung am Frequenzumrichter aus, weil das Steuern von Schaltern S1 bis S7 der Frequenzumrichter meistens durch eine Software gesteuert erfolgt. Die Softwareänderung kann als hinzugefügte oder aktualisierte Softwareroutinen zur Software des Frequenzumrichters verwirklicht werden. Vorzugsweise weist der Frequenzumrichter irgendeine Benutzeroberfläche auf, über die ein Benutzer den Schalter S7 des Bremschoppers in einen fortwährend leitenden Zustand setzen kann, wenn man die Ausführungsform nach 4 anwenden will. Dies kann zum Beispiel mittels eines oder mehrerer insbesondere für diesen Zweck reservierter verstellbarer Parameter verwirklicht werden. Obwohl im Beispiel der 4 der negative Pol der Gleichspannungsquelle DC mit alle drei Eingangsphasenanschlüssen U1, V1 und W1 des Frequenzumrichters verbunden ist, kann alternativ der negative Pol der Gleichspannungsquelle nur mit einem oder zwei der drei Eingangsphasenanschlüsse U1, V1 und W1 des Frequenzumrichters verbunden werden, wie bereits oben im Zusammenhang mit dem Beispiel der 2 beschrieben ist. Die Ausführungsform der 4 ermöglicht eine weite Verwendung des herkömmlichen Frequenzumrichters und die Bremsenergie oder eine andere von der Last kommende Energie kann zurück der äußeren Gleichspannungsquelle DC zugeführt werden, wobei die neuartige Verwendung der Terminals UDC+ und BRK die Verwendung des Zielfrequenzumrichters auf keine Weise im Vergleich zur herkömmlichen begrenzt.
In 5 ist ein Beispiel für eine Frequenzumrichteranordnung noch nach einer Ausführungsform dargestellt. Das Beispiel der 5 entspricht sonst dem oben beschriebenen Beispiel der 4, aber Eingangsphasenanschlüsse U1, V1 und W1 des Frequenzumrichters sind über phasenbezogene Ausgleichsimpedanzen Z1, Z2 und Z3 mit einem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle DC verbunden, wie bereits im Zusammenhang mit dem Beispiel der 3 oben beschrieben ist.
Es ist für einen Fachmann offenbar, dass, wenn sich die Technik entwickelt, der Grundgedanke der Erfindung auf viele verschiedene Weisen verwirklicht werden kann. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen beschränken sich somit nicht auf die oben beschriebenen Beispiele, sondern sie können im Rahmen der Schutzansprüche variieren.

Claims

Frequenzumrichteranordnung, die einen Frequenzumrichter, die drei Eingangsphasenanschlüsse (U1, V1, W1) und einen Anschluss (UDC+) an einen positiven Pol eines Zwischenkreises des Frequenzumrichters aufweist; und eine Gleichspannungsquelle (DC), die einen positiven Pol und einen negativen Pol aufweist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (UDC+) an den positiven Pol des Zwischenkreises des Frequenzumrichters mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle (DC) verbunden ist und wenigstens einer der drei Eingangsphasenanschlüsse (U1, V1, W1) des Frequenzumrichters mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist.
Anordnung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der drei Eingangsphasenanschlüsse (U1, V1, W1) des Frequenzumrichters mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle (DC) verbunden sind.
Anordnung nach Schutzanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnten wenigstens zwei der drei Eingangsphasenanschlüsse (U1, V1, W1) des Frequenzumrichters über phasenbezogene Ausgleichsimpedanzen (Z1, Z2, Z3) mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle (DC) verbunden sind.
Anordnung nach Schutzanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsimpedanzen (Z1, Z2, Z3) aus Widerständen und/oder aus Spulen bestehen.
Anordnung nach Schutzanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsimpedanzen (Z1, Z2, Z3) aus Widerständen bestehen, deren Resistanz 10 mΩ–100 mΩ beträgt.
Anordnung nach einem der Schutzansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle drei Eingangsphasenanschlüsse (U1, V1, W1) des Frequenzumrichters mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle (DC) verbunden sind.
Anordnung nach einem der Schutzansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumrichter einen Bremschopper und einen Anschluss (BRK) zum Anschließen eines Bremswiderstands an den Frequenzumrichter aufweist, wobei der erwähnte Anschluss zum Anschließen des Bremswiderstands mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle (DC) verbunden ist und der Bremschopper in einem leitenden Zustand angeordnet ist.
Anordnung nach Schutzanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremschopper einen Schalter (S7) aufweist, der in einen fortwährend leitenden Zustand gesteuert ist.