DE4128803A1

DE4128803A1 - Frequenzumrichter

Info

Publication number: DE4128803A1
Application number: DE19914128803
Authority: DE
Inventors: Uwe Dr Baader; Gerhard Dr Martens; Karl-Ludwig Rafflenbeul
Original assignee: Barmag AG; Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1990-09-10
Filing date: 1991-08-30
Publication date: 1992-03-12

Description

Die Erfindung betrifft einen Frequenzumrichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Frequenzumrichter ist bekannt z. B. durch den Firmenprospekt der Anmelderin "BELTRO-VERT Frequenzumrichter/ Frequency Inverter 1,1 kW-2,2 kW".

Wegen ihrer guten Steuerbarkeit sind derartige Frequenzumrich ter einsetzbar in Maschinen mit mehreren angetriebenen Wellen mit unterschiedlich einstellbarer Drehzahl. In diesen Fällen war bisher mangels geeigneter Frequenzumrichter ein einziger Motor üblich, durch den die Wellen über einstellbare Getriebe angetrieben wurden. Mit den eingangs bezeichneten Frequenz umrichtern kann in diesen Fällen jeder Welle ein Motor und ein steuerbarer Frequenzumrichter zugeordnet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, den technischen Aufwand für derartige Mehrfach-Antriebe weiter herabzusetzen.

Die Lösung ergibt sich aus dem Kennzeichen des Anspruchs 1. Diese Lösung bietet sich insbesondere an, wenn jede der durch je einen Frequenzumrichter und Motor angetriebenen Wellen alternierend mit hoher und niedriger Leistung betrieben werden. In diesem Falle mußte bisher das Netzteil und der Gleichspan nungs-Zwischenkreis ebenso wie der Wechselrichter für die höchste, an der Welle abgenommene Leistung ausgelegt werden, z. B. für die Leistungsaufnahme beim Anlauf. Mit der Lösung nach Anspruch 1 muß nur noch der jeweilige Wechselrichter auf die höchste vorkommende Leistungsaufnahme ausgelegt werden. Das gemeinsame Netzteil und der gemeinsame Gleichspannungs- Zwischenkreis werden dagegen lediglich auf die höchste Summe der gleichzeitig von den gemeinsam betriebenen Wellen abgenom menen Leistungen ausgelegt. Diese Summe ist in vielen Fällen und - wie gesagt - insbesondere bei mehreren Wellen mit alternierend hoher und niedriger Leistungsaufnahme geringer als die Summe der maximalen Leistungsaufnahme der Welle.

Mit der Lösung nach Anspruch 2 läßt sich nicht nur der elektronische, sondern auch der für die Kühlung der Leistungselektronik erforderliche mechanische Aufwand an Kühlkörpern sehr wesentlich herabsetzen.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht auch darin, daß eine elektrische Bremsung einzelner Wellen möglich ist. Dabei wird die Bremsenergie in den gemeinsamen Gleichspannungs- Zwischenkreis zurückgespeist und zum Betrieb der anderen Wellen benutzt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß mit dieser Lösung bei Stromabfall oder -ausschalten automatisch eine synchrone Verminderung der Drehzahlen sämtlicher Wellen unter Beibehaltung des eingestellten Drehzahlverhältnisses erfolgt. Grund dafür ist, daß die Wellen mit dem größeren Massenträg heitsmoment mit ihren Antriebsmotoren generatorisch wirken und dadurch die Energie bereitstellen für die Wellen und Antriebs motoren mit dem geringeren Massenträgheitsmoment.

Mit der Lösung nach Anspruch 3 lassen sich in dieser Weise auch mehrere Gruppen von Wellen miteinander verbinden. Dabei wird jede Gruppe mit ihren Motoren und Wechselrichtern jeweils von einem gemeinsamen Gleichspannungs-Zwischenkreis gespeist. Für eine sehr starke elektrische Bremsung kann darüber hinaus jeder Gleichspannungs-Zwischenkreis durch einen ein- oder ausschaltbaren Chopper-Widerstand kurzschließbar sein (Anspruch 4).

Der gemeinsame Gleichspannungs-Zwischenkreis läßt sich auch für die Energieversorgung weiterer Verbraucher nutzen. Eine solche Lösung ergibt sich aus Anspruch 5.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels beschrieben.

Die Zeichnung zeigt den Schaltplan.

An die drei Phasen des Netzes 1 ist der Netzgleichrichter 2 angeschlossen. Der Netzgleichrichter 2 speist über Dioden den Gleichstrom-Zwischenkreis 3. Der Kondensator 4 dient zur Glättung des Stroms. An den Gleichstrom-Zwischenkreis 3 sind drei Wechselrichter 7, 8, 9 mit ihren beiden Eingängen angeschlossen. In diesen Wechselrichtern wird die Gleichspan nung in eine dreiphasige Wechselspannung gewandelt. Die Frequenz jedes der Wechselrichter 7, 8, 9 kann durch eine Steuereinrichtung 14, 15, 16 gesteuert werden. Je nach Auslegung der Steuereinrichtung sind auch weitere Parameter der Ausgangsspannung an den dreiphasigen Ausgängen 11, 12, 13 der Wechselrichter 7, 8, 9 einstellbar, z. B. Kurvenform der Wechselspannung, Amplitude, Impulsdauer u. a. Hierzu wird jede der Steuereinrichtungen 14, 15, 16 von dem Gleichstrom- Zwischenkreis 3 aus über einen Spannungswandler 17 angesteuert. Der Spannungswandler 17 liefert eine für die Steuerfunktionen geeignete konstante und niedrige Spannung von z. B. 24 V. Der Gleichstrom-Zwischenkreis 3 kann durch einen Chopper-Widerstand 5 und Schalter 6 kurzgeschlossen werden.

Parallel zu dem bisher geschilderten Frequenzumrichter liegt ein weiterer Frequenzumrichter, der aus dem Netzgleichrichter 2.1, dem Gleichspannungs-Zwischenkreis 3.1, Kondensator 4.1, Chopper 5.1, Wechselrichter 9.1 und Ausgang 12.1 besteht. Es wird gezeigt, daß durch diesen Frequenzumrichter ein Motor 20 betrieben wird. Gleichgerichtete Phasen der Gleichstrom- Zwischenkreise 3 und 3.1 der beiden parallelliegenden Fre quenzumrichter werden durch die Pufferleitungen 21 und 22 miteinander verbunden.

Die Wechselrichter 7, 8, 9, die an den gemeinsamen Gleichstrom- Zwischenkreis 3 angeschlossen sind, werden auf einen gemein samen Kühlkörper 10 montiert. Der entsprechende Kühlkörper für den Wechselrichter 9.1 des anderen Frequenzumrichters ist nicht dargestellt.

Durch die Wechselrichter 7, 8, 9 mit den Ausgängen 11, 12, 13 wird jeweils z. B. ein Motor (nicht dargestellt) betrieben. Da die Motoren niemals gleichzeitig mit ihrer maximalen Leistung betrieben werden, kann der Netzgleichrichter 2 und der Gleichspannungs-Zwischenkreis 3 für eine niedrigere Leistung ausgelegt werden. Das gilt auch für den gemeinsamen Kühlkörper 10. Es genügt vielmehr eine Auslegung auf die maximale Summe der gleichzeitig abgenommenen Leistungen. Wenn insbesondere die Wechselrichter 7 und 8 jeweils den Antriebsmotor von zwei Aufspulspindeln antreiben, die lediglich kurzzeitig während des Spulenwechsels gleichzeitig in Betrieb sind, so ist für die Auslegung nicht die Summe der Leistungen maßgebend, sondern ein Leistungswert, der zwischen der maximalen Einzelleistung und der Summe der maximalen Einzelleistungen liegt.

Wenn einer der Motoren stillgesetzt wird, so arbeitet er generatorisch zurück in den Gleichstrom-Zwischenkreis 3. Dadurch wird die am Netz abgenommene Leistung vermindert. Die Drosseln 18, 19, die in den Gleichstrom-Zwischenkreis 3 zwischen den Gleichrichter und den Kondensator in die positive und die negative Phase des Gleichstrom-Zwischenkreises eingeschaltet sind, dienen dabei dem Zweck der Vergleichmäßi gung der Spannung. Anderenfalls käme es zu einer Überlastung der Gleichrichter.

Entsprechendes gilt auch für den Motor 20, der über einen separaten Frequenzumrichter gespeist wird, dessen Gleichstrom- Zwischenkreis aber direkt mit dem anderen Gleichstrom Zwischenkreis 3 durch Pufferleitungen 21, 22 verbunden ist. Auch hier sind die Drosseln 18.1 und 19.1 erforderlich, um eine Überlastung des Gleichrichters 2.1 zu vermeiden. Andererseits kann bei dieser Schaltung die Steuerung der Wechselrichter 7, 8, 9 bzw. 9.1 so an das Massenträgheitsmoment der von dem jeweiligen Motor getriebenen Welle angepaßt werden, daß bei Ausfall der Netzspannung der Schalter 6 bzw. 6.1 der Chopper erst nach einer gewissen Zeit nach dem Spannungsausfall eingelegt wird. Diese Zeit ist so gewählt, daß die Spannung der Gleichspannungs-Zwischenkreise in dieser Zeit nicht abfällt. Daher bleibt über eine gewisse Zeit des Netzausfalles, z. B. 500 ms, der Normalbetrieb erhalten. Das ist bei schwach ausgelegten Netzen einerseits und Maschinen, bei denen aus Sicherheitsgründen bei Netzausfall die Stillsetzung erfolgen muß, von großem Vorteil.

Bezugszeichenaufstellung

1 Netz
2 Netzgleichrichter
3 Gleichstrom-Zwischenkreis
4 Kapazität
5 Chopper-Widerstand
6 Schalter
7 Wechselrichter
8 Wechselrichter
9 Wechselrichter
10 Kühlkörper
11 Motoranschluß
12 Motoranschluß
13 Motoranschluß
14 Steuereinrichtung
15 Steuereinrichtung
16 Steuereinrichtung
17 Spannungswandler
18 Drossel
19 Drossel
20 Motor
21 Leitungen, Pufferleitung
22 Leitungen, Pufferleitung

Claims

1. Frequenzumrichter,
mit einem Gleichrichter (2), einem daran angeschlossenen Gleichspannungs-Zwischenkreis (3) und einem daran angeschlossenen, durch eine Niederspannungs-Steuereinrich tung (14-16) steuerbaren Wechselrichter (7-8), der auf einem Kühlkörper (10) montiert ist, zur Erzeugung eines Wechselstromes mit steuerbarer Frequenz,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch den Gleichspannungs-Zwischenkreis (3) mehrere, insbesondere drei Wechselrichter (7, 8, 9) gespeist werden, und daß jedem der Wechselrichter eine separat steuerbare Steuereinrichtung (14, 15, 16) zugeordnet ist.

2. Frequenzumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselrichter auf einem gemeinsamen Kühlkörper (10) montiert sind.

3. Frequenzumrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungs-Zwischenkreise (3, 3.1) mehrerer Frequenzumrichter parallel geschaltet sind, wobei zwischen den Gleichrichtern (2, 2.1) und den dazu parallel geschal teten Kondensatoren (4, 4.1) Drosseln (18, 19) in die Leitungsstränge des Zwischenkreises (3, 3.1) eingefügt sind.

4. Frequenzumrichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gleichspannungs-Zwischenkreis (3, 3.1) durch einen ein-/ausschaltbaren Chopper-Widerstand (5) kurzschließbar ist.

5. Frequenzumrichter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichspannungs-Zwischenkreis (3, 3.1) zur Gleichstrom versorgung einer oder mehrerer Steuereinrichtungen (14-17) dient.