DE4330537A1 - Frequency converter and method for its operation - Google Patents

Frequency converter and method for its operation

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Abstract

In a frequency converter system in which a rectifier unit 1 is connected to a DC bus 3 supplying inverters 6, eg. in a numerically-controlled machine having inverter-driven motors 7, prolonged overloads or short-term extreme load peaks in the rectifier 1 are prevented by determining the loading of the rectifier 1, that is the ratio of instantaneous to maximum permissible power of rectifier 1, to produce a loading signal A. If signal A indicates that rectifier 1 is overloaded, the power taken by certain, or all, of the inverters is reduced or also one inverter/motor unit 6, 7 can be operated as a generator. If the overload condition cannot be reduced within a maximum permitted time the motors 7 are stopped. The instantaneous power of rectifier 1 may be determined by input current sensors 15, or from signals A' indicating individual inverter powers. The maximum permissible power of rectifier 1 is calculated as a time-varying value from data provided by heat sink and ambient temperature sensors 17, 14, which data together with stored rectifier characteristic data allow the actual rectifier junction temperature to be calculated. The maximum permissible power is dependent on the difference between the actual junction temperature and the maximum junction temperature specified by the manufacturer. Switching frequency and DC bus 3 voltage may also be taken into account when determining maximum power. Trends may also be observed, so that if the power requirement shows a tendency to increase, before an overload actually occurs inverter control modules 5 may operate to prevent power drawn from rectifier 1 increasing further. A comparatively small rectifier can thus be operated continuously at its power limit. <IMAGE>

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung und einem Verfahren nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche 1 und 15. Eine Anordnung dieser Art ist aus der DE-OS 41 28 803 bekannt. Sie besteht aus einem Netzgleichrichter, welcher einen Gleichspannungszwischenkreis versorgt, an den mehrere Wechselrichter angeschlossen sind. Der Netzgleichrichter ist so ausgelegt, daß seine Leistungsfähigkeit der maximalen Summe der gleichzeitig von den Wechselrichtern aufge­ nommenen Leistungen entspricht. Zur Glättung von Spannungsspitzen sind in den Zwischenkreissträngen Drosseln angeordnet. Diese tragen zwar in geringem Maße auch zur Vermeidung einer Überlastung des Gleichrichters bei. Grundsätzlich wird jedoch bei dieser bekannten, insbesondere zur Anwendung in Maschinen konzipierten Anordnung vorausgesetzt, daß die einzelnen Wechselrichter alternierend mit hoher und niedriger Leistung betrieben werden. Ist die zeitliche Verteilung der Leistungsaufnahmen durch die Wechselrichter im voraus nicht bekannt, oder ist der Fall vorzusehen, daß mehrere der Wechselrichter zur selben Zeit mit höchster Leistung betrieben werden, muß ein auf die Summe der maximalen Leistungen des Wechsel­ richter ausgelegter Gleichrichter eingesetzt werden. Wird ein zu klein dimensionierter Gleichrichter eingesetzt, kann dieser zwar kurzzeitigen Überlastungen in der Regel standhalten. Länger an­ dauernde Überlastungen führen dagegen im allgemeinen über vorhandene Schutzvorrichtungen zum Abschalten der gesamten Anlage. Andererseits ist eine Überdimensionierung aus wirtschaftlichen Gründen nicht erwünscht.The invention is based on an arrangement and a method the genus of independent claims 1 and 15. An arrangement this type is known from DE-OS 41 28 803. it consists of a line rectifier, which has a DC link to which several inverters are connected. Of the Mains rectifier is designed so that its performance is maximum sum of the simultaneously applied by the inverters performance corresponds. For smoothing voltage peaks chokes are arranged in the intermediate circuit lines. Wear this to a small extent also to avoid overloading the Rectifier at. Basically, however, this known, Arrangement especially designed for use in machines provided that the individual inverters alternate with high and low power can be operated. Is the temporal Distribution of power consumption by the inverters in advance not known, or is the case where several of the Inverters operated at maximum power at the same time must be on the sum of the maximum benefits of the change rectifier designed rectifier are used. Becomes a too small rectifier used, this can  usually withstand short-term overloads. Longer on however, permanent overloads generally lead to existing ones Protective devices for switching off the entire system. On the other hand oversizing is not for economic reasons he wishes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Umrichter mit mehreren von demselben Zwischenkreis gespeisten Antrieben dahin weiterzubilden, daß das Auftreten langer andauernder Überlastungen sowie kurzzeitiger externer Lastspitzen im Gleichrichter vermieden wird.The invention has for its object to provide a converter several drives powered by the same DC link to further train that the occurrence of long lasting overloads as well as brief external load peaks in the rectifier are avoided becomes.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung und ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 15. Eine erfindungsgemäße Anordnung gestattet es durch Überwachung der Auslastung - das heißt das Verhältnis der momentanen zur jeweils maximal möglichen Leistung - der Gleichrichtereinheit zuverlässig deren Überlastung zu vermeiden. Zugleich wird damit das Abschalten der gesamten Anlage wegen Überlastung vermieden. Die Gleichrichter­ einheit kann dadurch stets an ihrer Leistungsgrenze betrieben und somit optimal ausgenutzt werden. Dies wiederum erlaubt eine verhält­ nismäßig kleine und deshalb kostengünstige Realisierung der Gleich­ richtereinheit.This problem is solved by an arrangement and a method with the characterizing features of independent claims 1 and 15. An arrangement according to the invention allows it by monitoring the Utilization - that is, the ratio of the current to each maximum possible performance - the rectifier unit reliable to avoid overloading them. At the same time it turns off the entire system avoided due to overload. The rectifiers unit can therefore always be operated at its performance limit and thus be optimally used. This in turn allows a behavior reasonably small and therefore inexpensive realization of the same judge unit.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous refinements and practical developments of Invention result from the subclaims.

Von Vorteil ist es, jeder Wechselrichtereinheit ein der ermittelten Auslastung der Gleichrichtereinheit entsprechendes Signal mitzu­ teilen, damit diese die von ihr aus dem Zwischenkreis aufgenommene beziehungsweise die in diesen zurückgespeiste Leistung auf die mitgeteilte Auslastung der Gleichrichtereinheit abstimmen kann. Im Falle einer Überlastung erfolgt die Abstimmung zweckmäßig, indem jede Wechselrichtereinheit die von ihr aus dem Zwischenkreis aufgenommene beziehungsweise in diesen zurückgespeiste Leistung verringert. Sinnvoll wird die Abstimmung der Wechselrichtereinheiten auf die Gleichrichterleistung durch eine übergeordnete Steuerung koordiniert, der hierzu im Überlastungsfall ein Warnsignal über­ mittelt wird.It is advantageous for each inverter unit to use one of the determined ones Utilization of the rectifier unit corresponding signal share, so that the one it has taken from the DC link or the power fed back into these  match the reported load of the rectifier unit can. In the event of an overload, coordination is advisable, by removing each inverter unit from the DC link power absorbed or fed back into it decreased. The coordination of the inverter units becomes sensible on the rectifier performance by a higher-level control coordinates the warning signal in the event of an overload is averaged.

Zur Bestimmung der jeweils aktuellen Auslastung der Gleichrichter­ einheit werden vorteilhaft 2- oder 3phasig der Strom, die Tem­ peratur der in der Gleichrichtereinheit vorhandenen Kühlkörper, die Temperatur der Umgebung und die Schaltfrequenz der Leistungshalb­ leiter im Gleichrichter herangezogen. Weiterhin empfiehlt es sich, die Sperrschichttemperatur der Leistungshalbleiter zu berück­ sichtigen, welche vorteilhaft mit Hilfe eines mathematischen Modells ermittelt wird.To determine the current utilization of the rectifier unit are advantageously 2 or 3 phase the current, the tem temperature of the heat sink present in the rectifier unit, the Ambient temperature and the switching frequency of the power half conductor used in the rectifier. It is also recommended the junction temperature of the power semiconductors see which is advantageous with the help of a mathematical model is determined.

Besonders vorteilhaft ist ferner, die Phasenleitungen des Netzan­ schlusses einzeln auf Ausfall zu überwachen. Bei einphasigem Netz­ ausfall, Ausfall eines Leistungshalbleitern oder Ausfall eines von mehreren parallelgeschalteten Gleichrichtern wird die Anlage nicht abgeschaltet, sondern mit verminderter Leistung weiterbetrieben.It is also particularly advantageous to connect the phase lines of the network to monitor individually for failure. With a single-phase network failure, failure of a power semiconductor or failure of one of the system does not become several rectifiers connected in parallel switched off, but continued to operate with reduced power.

Zweckmäßig sind die Mittel zum Bestimmen der Auslastung der Gleich­ richtereinheit direkt in dieser angeordnet. Das die Auslastung be­ zeichnende Signal ist sinnvoll ein Digitalsignal, welches über eine Busleitung den Wechselrichtereinheiten zugeführt wird. Besonders vorteilhaft ist dabei, das Auslastungssignal als Pulsdauer zu codieren, wobei die Länge des Pulses der Auslastung entspricht. The means for determining the utilization of the equals are expedient judge unit arranged directly in this. The occupancy rate drawing signal is useful a digital signal, which over a Bus line is fed to the inverter units. Especially It is advantageous to add the load signal as a pulse duration code, the length of the pulse corresponding to the load.  

Bevorzugt angewendet wird die vorgeschlagene Anordnung zur Ver­ sorgung der Antriebe einer numerisch gesteuerten Maschine.The proposed arrangement for ver supply of the drives of a numerically controlled machine.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to FIG Drawing explained in more detail.

Zeichnungdrawing

Die Figur zeigt einen erfindungsgemäßen Umrichter.The figure shows a converter according to the invention.

Beschreibungdescription

Der in der Figur dargestellte Umrichter ist über eine Gleichrichter­ einheit 1 mit einem, im allgemeinen dreiphasigen, Wechselstromnetz 2 verbunden. Die Ausgangsseite der Gleichrichtereinheit 1 speist einen Gleichspannungszwischenkreis 3. Zur Stabilisierung der Zwischen­ kreisspannung können Glättungsmittel 4, in der Figur beispielhaft ein Kondensator, vorgesehen sein. An den Zwischenkreis 3 sind mehrere Wechselrichter 6 angeschlossen, die ausgangsseitig jeweils einen vorzugsweise kollektorlosen Elektromotor 7, insbesondere einen Servoantrieb versorgen. Gleichrichtereinheit 1 und Wechselrichter 6 sind zweckmäßig so ausgeführt, daß der Umrichter auch als Rück­ speiseumrichter betreibbar ist. Hauptbestandteile der Gleichrichter­ einheit 1 wie der Wechselrichter 6 sind Leistungshalbleiter, welche über die Signalleitung 11 im Falle der Gleichrichtereinheit, be­ ziehungsweise über die Signalleitung 10 im Falle der Wechselrichter 6 angesteuert werden. Zur Erzeugung der Ansteuersignale sind der Gleichrichtereinheit 1 eine Steuereinheit 8, den Wechselrichtern 6 jeweils ein Steuermodul 5 zugeordnet. Gleichrichtereinheit 1 und zugehörige Steuereinheit 8 sind häufig als bauliche Einheit in Form eines Versorgungsmoduls VM realisiert, Wechselrichter 6 und Steuermodul 5 bilden eine Wechselrichtereinheit. Zweckmäßig verfügen Steuereinheit 8 und Steuermodule 5 jeweils über eine digitale Signale verarbeitende Einrichtung in Form zum Beispiel eines Mikro­ prozessors oder eines anwenderspezifischen integrierten Schalt­ kreises zur Verarbeitung beziehungsweise Erzeugung der ein- und ausgehenden Signale, die im folgenden als Mikrorechner bezeichnet wird. Die Ansteuerung der Wechselrichtereinheiten erfolgt vorzugs­ weise durch pulsweitenmodulierte Signale. Steuermodule 5 und Steuer­ einheit 8 sind über eine Busleitung 12 miteinander sowie mit einer übergeordneten Steuerung 9, insbesondere einer NC verbunden. Letztere beinhaltet ebenfalls einen eigenen Mikrorechner.The converter shown in the figure is connected via a rectifier unit 1 to a, generally three-phase, AC network 2 . The output side of the rectifier unit 1 feeds a DC voltage intermediate circuit 3 . To stabilize the intermediate circuit voltage, smoothing means 4 , for example a capacitor in the figure, can be provided. A plurality of inverters 6 are connected to the intermediate circuit 3 , each of which supplies a preferably collector-free electric motor 7 , in particular a servo drive, on the output side. Rectifier unit 1 and inverter 6 are expediently designed so that the converter can also be operated as a feedback converter. The main components of the rectifier unit 1, such as the inverter 6, are power semiconductors which are controlled via the signal line 11 in the case of the rectifier unit, or via the signal line 10 in the case of the inverter 6 . To generate the control signals, the rectifier unit 1 is assigned a control unit 8 , and the inverters 6 are each assigned a control module 5 . Rectifier unit 1 and associated control unit 8 are often implemented as a structural unit in the form of a supply module VM, inverter 6 and control module 5 form an inverter unit. Appropriately, control unit 8 and control modules 5 each have a digital signal processing device in the form of, for example, a microprocessor or a user-specific integrated circuit for processing or generating the incoming and outgoing signals, which is referred to below as a microcomputer. The inverter units are preferably controlled by pulse width modulated signals. Control modules 5 and control unit 8 are connected to one another and to a higher-level controller 9 , in particular an NC, via a bus line 12 . The latter also includes its own microcomputer.

Zur Steuerung des Umrichterbetriebes sind im Bereich des Ver­ sorgungsmodules VM mehrere Sensoren vorgesehen. An wenigstens einem zur Kühlung der Leistungsbauelemente dienenden Kühlkörper 16 in der Gleichrichtereinheit 1 sowie in dem das Versorgungsmodul VM um­ gebenden Raum befinden sich Temperatursensoren 14, 17. Weiterhin sind am Zwischenkreis 3 eine Einrichtung 13 zur Erfassung der Spannung im Zwischenkreis, sowie an den einzelnen Phasen des Wechselstromanschlusses 2 eine Einrichtung 15 zur Überwachung der Phasen auf Ausfall angeordnet.To control the converter operation, several sensors are provided in the area of the VM supply module. Temperature sensors 14 , 17 are located on at least one heat sink 16 serving to cool the power components in the rectifier unit 1 and in the space surrounding the supply module VM. Further, at the intermediate circuit 3, a device 13 for detecting the voltage in the intermediate circuit, and 15 are arranged at the individual phases of the alternating current terminal 2 is a means for monitoring the phases failure.

Die dargestellte Anordnung weist die nachfolgend beschriebene Funktionsweise auf. Das Versorgungsmodul VM bestimmt fortlaufend seine Auslastung und übermittelt ein der festgestellten Auslastung entsprechendes Signal A an die Steuermodule 5 der Wechselrichter 6. Hierfür ermittelt die Steuereinheit 8 zunächst die aktuelle Ist-Leistung des Versorgungsmoduls VM. Sie erfaßt dazu zum einen über Sensoren 15 den in den Netzphasen 2 fließenden Strom. Wird die Zwischenkreisspannung als konstant angesehen, entspricht der von den Sensoren 15 gelieferte Meßwert bereits der augenblicklichen Leistung der Gleichrichtereinheit 1. The arrangement shown has the mode of operation described below. The supply module VM continuously determines its utilization and transmits a signal A corresponding to the determined utilization to the control modules 5 of the inverters 6 . For this purpose, the control unit 8 first determines the current actual power of the supply module VM. For this purpose, it detects the current flowing in the network phases 2 via sensors 15 . If the intermediate circuit voltage is regarded as constant, the measured value supplied by the sensors 15 already corresponds to the instantaneous power of the rectifier unit 1 .

Desweiteren ermittelt die Steuereinheit 8 den Wert der zu einem Betriebszeitpunkt maximal möglichen Leistung der Gleichrichterein­ heit 1. Dazu erfaßt sie über einen oder mehrere Sensoren 17 die Temperatur wenigstens eines Kühlkörpers 16, mittels dessen bzw. derer die in der Gleichrichtereinheit 1 angeordneten Leistungshalb­ leiter gekühlt werden, sowie über einen Sensor 14 die Umgebungs­ temperatur. Weiterhin berücksichtigt sie abgespeicherte Leistungs­ halbleiterdaten, insbesondere Kennwerte für die Berechnung der Sperrschichttemperatur. Aufgrund der von den Sensoren 14, 17 er­ haltenen Meßwerte und der gespeicherten Daten der Leistungshalb­ leiter ermittelt die Steuereinheit 8 den Wert der Sperrschichttem­ peratur der Leistungshalbleiter. Diesen vergleicht sie mit einem halbleiterspezifischen, in der Regel herstellerseitig vorgegebenen Maximalwert für die Sperrschichttemperatur. Aus der Differenz beider Werte ergibt sich direkt die zu einem Betriebszeitpunkt maximal erlaubte Leistung. Deren Wert verändert sich während des Betriebes, vor allem infolge der zunehmenden Erwärmung der in der Gleich­ richtereinheit 1 vorhandenen Leistungshalbleiter, welche wiederum eine Folge des durch die Leistungshalbleiter fließenden Stroms beziehungsweise der hohen Schaltfrequenz ist. Die Auslastung der Gleichrichtereinheit 1 ergibt sich nun durch Vergleich des zu einem beliebigen Betriebszeitpunkt für die Gleichrichtereinheit er­ mittelten Ist-Leistungswert mit dem Wert der für die Gleichrichter­ einheit 1 zu diesem Zeitpunkt erlaubten maximalen Leistung.Furthermore, the control unit 8 determines the value of the maximum possible power of the rectifier unit 1 at an operating time. For this purpose, it detects, via one or more sensors 17, the temperature of at least one heat sink 16 , by means of which the power semiconductors arranged in the rectifier unit 1 are cooled, and the ambient temperature via a sensor 14 . It also takes into account stored power semiconductor data, in particular characteristic values for the calculation of the junction temperature. On the basis of the measured values obtained from the sensors 14 , 17 and the stored data of the power semiconductors, the control unit 8 determines the value of the junction temperature of the power semiconductors. It compares this with a semiconductor-specific maximum value for the junction temperature, usually specified by the manufacturer. The difference between the two values directly results in the maximum power allowed at an operating time. Their value changes during operation, especially as a result of the increasing heating of the power semiconductors present in the rectifier unit 1 , which in turn is a result of the current flowing through the power semiconductors or the high switching frequency. The load on the rectifier unit 1 is now obtained by comparing the actual power value determined for the rectifier unit at any desired point in time with the value of the maximum power permitted for the rectifier unit 1 at this time.

Den für die Auslastung ermittelten Wert übermittelt die Steuerein­ heit 8 in Form eines digitalen Signales A über den Datenbus 12 an die den Wechselrichtern 6 zugeordneten Steuermodule 5. Diese be­ ziehen den übermittelten Wert in die Erzeugung der Ansteuersignale ein. Zeigt das Auslastungssignal A an, daß die Gleichrichtereinheit 1 überlastet ist, leiten die in den Steuermodulen 5 vorhandenen Mikrorechner Maßnahmen ein, um den Überlastungszustand in einen Normalzustand zurückzuführen. Dies kann zum Beispiel durch Redu­ zierung der von bestimmten Antrieben aus dem Zwischenkreis aufge­ nommenen bzw. an diesen abgegebenen Leistung, durch gleichmäßige Reduzierung der Leistung aller Antriebe oder auch durch gezieltes generatorisches Betreiben eines Antriebs erfolgen. Die Koordination der Maßnahmen zur Rückführung eines Überlastzustandes erfolgt zweck­ mäßig durch die übergeordnete Steuerung 9, welcher das Auslastungs­ signal A ebenfalls mitgeteilt wird. Sinnvoll ist es, bezüglich der Leistungen der Gleichrichtereinheit 1 und/oder der Wechselrichter­ einheiten 5, 6 eine Trenderkennung durchzuführen, mit dem Ziel, Überlastzustände beziehungsweise Lastspitzen bereits während ihrer Entstehung zu erkennen. Sie wird in einfacher Weise durch Be­ obachtung der Änderung der Leistung bezogen auf ein vorgegebenes Zeitintervall, oder anders ausgedrückt durch zeitliche Differentia­ tion der Leistung realisiert. Befindet sich die Gleichrichtereinheit 1 bereits nahe an der maximal möglichen Auslastung, und weist der Leistungsbedarf dennoch steigende Tendenz auf, leiten die Steuer­ module 5, noch bevor ein Überlastzustand tatsächlich eintritt, Maß­ nahmen ein, um die Leistung in der Gleichrichtereinheit 1 nicht weiter zu erhöhen.The value determined for the utilization is transmitted by the control unit 8 in the form of a digital signal A via the data bus 12 to the control modules 5 assigned to the inverters 6 . These include the transmitted value in the generation of the control signals. If the load signal A indicates that the rectifier unit 1 is overloaded, the microcomputers present in the control modules 5 initiate measures to return the overload state to a normal state. This can be done, for example, by reducing the power consumed by or given to certain drives from the intermediate circuit, by uniformly reducing the power of all drives, or by targeted generator operation of a drive. The coordination of the measures for returning an overload condition is expediently carried out by the higher-level controller 9 , to which the utilization signal A is also communicated. It makes sense to carry out a trend detection with regard to the powers of the rectifier unit 1 and / or the inverter units 5 , 6 , with the aim of recognizing overload states or load peaks already during their creation. It is realized in a simple manner by observing the change in the power based on a predetermined time interval, or in other words by differentiating the power over time. If the rectifier unit 1 is already close to the maximum possible load, and the power requirement nevertheless has an increasing tendency, the control modules 5 , even before an overload condition actually occurs, take measures to not further increase the power in the rectifier unit 1 .

Kann eine Rückführung eines Überlastzustandes der Gleichrichterein­ heit 1 nicht innerhalb einer für die Dauer eines solchen Überlastzu­ standes zulässigen Höchstzeit erfolgen, werden die Antriebe 7, vor­ zugsweise kontrolliert durch die übergeordnete Steuerung 9, in einen sicheren Haltezustand gebracht.If an overload state of the rectifier unit 1 cannot be returned within a maximum time permitted for the duration of such an overload state, the drives 7 are brought into a safe holding state, preferably controlled by the higher-level controller 9 .

Um einen Umrichter möglichst optimal, das heißt nahe an seiner zu­ lässigen Nennleistung betreiben zu können, ist es vorteilhaft, mög­ lichst viele der die aktuelle Leistungsfähigkeit der Gleichrichter­ einheit 1 bestimmenden Parameter zu erfassen. Weitere zweckmäßig erfaßte und bei der Bestimmung der jeweils maximal möglichen Leistungsfähigkeit berücksichtigte Parameter sind zum Beispiel die Schaltfrequenz der Leistungshalbleiter und/oder die Zwischenkreis- Spannung. Weitere zweckmäßige berücksichtigte feste Parameter sind vor allem die thermischen Übergangswiderstände zwischen Leistungs­ halbleitern und Kühlkörpern sowie zwischen Kühlkörpern und Um­ gebungsluft.In order to be able to operate a converter as optimally as possible, that is to say close to its permissible nominal power, it is advantageous to record as many as possible of the parameters determining the current performance of the rectifier unit 1 . Further parameters that are appropriately recorded and taken into account when determining the maximum possible performance are, for example, the switching frequency of the power semiconductors and / or the intermediate circuit voltage. Further expedient fixed parameters taken into account are above all the thermal contact resistances between power semiconductors and heat sinks and between heat sinks and ambient air.

Als besonders vorteilhaft hat es sich ferner erwiesen, zusätzlich die Phasen des Netzanschlusses 2 der Gleichrichtereinheit einzeln auf Ausfall zu überwachen. Zweckmäßig dient hierzu der zur Er­ mittlung der Ist-Leistung ohnehin vorhandene Stromsensor 15. Eben­ sogut kann aber auch ein - dann eigenständiger - Spannungssensor eingesetzt sein. Das vom Sensor 15 abgegebene Signal wertet die Steuereinheit 8 daraufhin aus ob in allen Phasen des Netzanschlusses 2 ein vorgegebener Mindeststrom fließt bzw. eine Mindestspannung anliegt. Da der Ausfall einer Netzphase eine plötzliche Reduzierung der maximal möglichen Leistung der Gleichrichtereinheit um etwa ein Drittel zur Folge hat, und somit in der Regel sofort zu einem Zu­ stand deutlicher Überlastung führt, erzeugt die Steuereinheit 8 im Falle eines festgestellten Ausfalles einer Netzphase zweckmäßig ein gesondertes Signal, zum Beispiel in Form einer besonderen Codierung, welches sie der übergeordneten Steuerung 9 sowie den den Wechsel­ richtereinheiten 6 zugeordneten Steuermodulen 5 mitteilt.It has also proven to be particularly advantageous to additionally monitor the phases of the mains connection 2 of the rectifier unit individually for failure. The current sensor 15, which is present anyway for determining the actual power, expediently serves this purpose. However, a - then independent - voltage sensor can also be used. The signal emitted by the sensor 15 is then evaluated by the control unit 8 as to whether a predetermined minimum current flows in all phases of the mains connection 2 or whether a minimum voltage is present. Since the failure of a network phase leads to a sudden reduction in the maximum possible power of the rectifier unit by about a third, and thus usually immediately leads to a significant overload, the control unit 8 expediently generates a separate one in the event of a detected failure of a network phase Signal, for example in the form of a special coding, which it notifies the higher-level controller 9 and the control modules 5 assigned to the inverter units 6 .

In einer Variante des vorgeschlagenen Umrichters wird der Momentan­ leistungsbedarf der Gleichrichtereinheit 1 nicht aufgrund der Er­ fassung des in den Netzphasen 2 anliegenden Stromes beziehungsweise der anliegenden Spannung bestimmt. Statt dessen übermitteln die Steuermodule 5 der Steuereinheit 8 jeweils einen dem Ausgangsstrom und somit der Leistung des zugeordneten Wechselrichters 6 ent­ sprechenden Signalwert A′. Einfache Addition der übermittelten Signalwerte liefert der Steuereinheit 8 die augenblickliche Ist-Leistung der Gleichrichtereinheit 1. Zweckmäßig erfolgt die Übermittlung der Leistungen der Wechselrichter 6 an die Steuerein­ heit 8 in Form pulsweitenmodulierter beziehungsweise zeitcodierter Signale. Dabei entspricht die Dauer eines Signals der von der sendenden Wechselrichtereinheit aus dem Zwischenkreis 3 aufge­ nommenen Leistung. Die Übermittlung der Leistungssignale von den Wechselrichtereinheiten 6 an das Versorgungsmodul VM erfolgt zweck­ mäßig jeweils zu einem festgelegten Zeitpunkt, zum Beispiel dem Stromreglertakt.In a variant of the proposed converter, the instantaneous power requirement of the rectifier unit 1 is not determined on the basis of the detection of the current or voltage present in the network phases 2 . Instead, the control modules 5 of the control unit 8 each transmit a signal value A 'corresponding to the output current and thus the power of the associated inverter 6 . The control unit 8 supplies the instantaneous actual power of the rectifier unit 1 simply by adding the transmitted signal values. The power of the inverters 6 is expediently transmitted to the control unit 8 in the form of pulse-width-modulated or time-coded signals. The duration of a signal corresponds to the power consumed by the transmitting inverter unit from the intermediate circuit 3 . The transmission of the power signals from the inverter units 6 to the supply module VM is expediently carried out at a fixed point in time, for example the current regulator cycle.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steuermodule 5 die Leistungs-Signalwerte bereits im voraus aufgrund interner In­ formation sowie durch Vorausberücksichtigung von Betriebssollwerten, welche sie über die Busleitung 12 zum Beispiel von einer NC9 er­ halten, ermitteln und der Steuereinheit 8 mitteilen. Dieser ist dadurch der Leistungsbedarf der Gesamtanlage vor seinem tatsäch­ lichen physikalischen Anfall bekannt. Eine solche voreilende Leistungsbedarfsermittlung kann vorteilhaft für eine Vorsteuerung der Gleichrichtereinheit genutzt werden.It is particularly advantageous if the control modules 5 determine the power signal values in advance on the basis of internal information and by taking into account operating setpoints, which they receive via the bus line 12, for example from an NC9, and communicate them to the control unit 8 . This means that the power requirement of the entire system is known prior to its actual physical attack. Such a leading determination of the power requirement can advantageously be used for a pilot control of the rectifier unit.

Claims (16)

1. Frequenzumrichter mit einer Netzgleichrichtereinheit zur Speisung eines Gleichspannungszwischenkreises, an den wenigstens eine Wechselrichtereinheit angeschlossen ist, gekennzeichnet durch Mittel, die während des Betriebs zu jeder Zeit die Bestimmung der Auslastung, das heißt des Verhältnisses von augenblicklicher zu im Bestimmungszeitpunkt maximal möglicher Leistung der Gleichrichter­ einheit (1) gestatten.1.Frequency converter with a mains rectifier unit for supplying a DC voltage intermediate circuit to which at least one inverter unit is connected, characterized by means which determine the utilization, i.e. the ratio of the instantaneous to the maximum possible power of the rectifier unit at any time during operation ( 1 ) allow. 2. Umrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Auslastung der Gleichrichtereinheit (1) entsprechendes Signal A für jede Wechselrichtereinheit (5, 6) bereitgestellt wird, welche auf­ grund dieses Signals die von ihr aus dem Zwischenkreis (3) aufge­ nommene oder an diesen abgegebene Leistung auf die Auslastung der Gleichrichtereinheit (1) abstimmt.2. Converter according to claim 1, characterized in that a the load on the rectifier unit ( 1 ) corresponding signal A is provided for each inverter unit ( 5 , 6 ), which on the basis of this signal from it from the intermediate circuit ( 3 ) accepted or the output power matched to the load on the rectifier unit ( 1 ). 3. Umrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Wechselrichtereinheit (5, 6) die aus dem Zwischenkreis (3) aufgenommene oder an diesen abgegebene Leistung verringert, wenn die Auslastung der Gleichrichtereinheit einen Grenzwert übersteigt. 3. Converter according to claim 2, characterized in that at least one inverter unit ( 5 , 6 ) reduces the power absorbed or given to the intermediate circuit ( 3 ) when the load on the rectifier unit exceeds a limit value. 4. Umrichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichtereinheit (1) das Zeitverhalten der in ihr umgesetzten Leistung überprüft und daß wenigstens eine Wechselrichtereinheit (5, 6) die aus dem Zwischenkreis (3) aufgenommene beziehungsweise an diesen abgegebene Leistung verringert, wenn die in der Gleich­ richtereinheit (1) umgesetzte Leistung eine zunehmende Tendenz auf­ weist und die Auslastung oberhalb eines vorgebbaren Schwellwertes liegt.4. Converter according to claim 3, characterized in that the rectifier unit ( 1 ) checks the time behavior of the power implemented in it and that at least one inverter unit ( 5 , 6 ) reduces the power absorbed from the intermediate circuit ( 3 ) or output to it when the power implemented in the rectifier unit ( 1 ) has an increasing tendency and the load is above a predefinable threshold value. 5. Umrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ein­ richtung (15, 8) zur Überwachung der Netzphasen (2) auf Ausfall vor­ gesehen ist, und daß bei Ausfall einer Netzphase die Wechselrichter­ einheiten (5, 6) die aus dem Zwischenkreis aufgenommene beziehungs­ weise an diesen abgegebene Leistung soweit reduzieren, daß die Gleichrichtereinheit (1) nicht überlastet wird.5. Converter according to claim 1, characterized in that a device ( 15 , 8 ) for monitoring the grid phases ( 2 ) is seen before failure, and that in the event of a grid phase failure, the inverter units ( 5 , 6 ) from the intermediate circuit Reduce the power consumed or added to it so much that the rectifier unit ( 1 ) is not overloaded. 6. Umrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Bestimmen der Auslastung der Gleichrichtereinheit (1) zumindest einen Strom- oder Spannungssensor (15) sowie eine Einrichtung (17) zur Erfassung der Temperatur wenigstens eines in der Gleichrichter­ einheit (1) zur Kühlung der Leistungsbauelemente vorhandenen Kühl­ körpers (16) aufweisen.6. Converter according to claim 1, characterized in that the means for determining the load on the rectifier unit ( 1 ) at least one current or voltage sensor ( 15 ) and a device ( 17 ) for detecting the temperature of at least one in the rectifier unit ( 1 ) have for cooling the power components existing cooling body ( 16 ). 7. Umrichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Bestimmen der Auslastung der Gleichrichtereinheit (1) weiterhin eine Einrichtung zur Erfassung der Umgebungstemperatur (14) und/oder der Schaltfrequenz der Leistungshalbleiter aufweisen. 7. Converter according to claim 5, characterized in that the means for determining the load on the rectifier unit ( 1 ) further comprise a device for detecting the ambient temperature ( 14 ) and / or the switching frequency of the power semiconductors. 8. Umrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Bestimmen der Auslastung der Gleichrichtereinheit (1) in dieser angeordnet sind.8. Converter according to claim 1, characterized in that the means for determining the load of the rectifier unit ( 1 ) are arranged in this. 9. Umrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Gleich­ richtereinheit (1) und Wechselrichter (6) über eine Busleitung (12) miteinander verbunden sind, über welche das Auslastungssignal A übertragen wird.9. Converter according to claim 1, characterized in that the rectifier unit ( 1 ) and inverter ( 6 ) are connected to one another via a bus line ( 12 ) via which the utilization signal A is transmitted. 10. Umrichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Aus­ lastungssignal A ein als Pulsdauersignal codiertes Signal ist, wobei die Länge eines Pulses der von der aussendenden Wechselrichterein­ heit (5) aufgenommenen Leistung aus dem Zwischenkreis (3) entspricht.10. Converter according to claim 9, characterized in that the load signal A is a signal encoded as a pulse duration signal, the length of a pulse corresponding to the unit ( 5 ) received from the transmitting inverter unit ( 5 ) power from the intermediate circuit ( 3 ). 11. Umrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wechselrichtereinheit (5, 6) der Gleichrichtereinheit (1) ein Signal A übermittelt, welches der von dem Wechselrichter (6) aus dem Zwischenkreis (3) aufgenommenen oder an diesem abgegebenen Leistung entspricht.11. Converter according to claim 1, characterized in that each inverter unit ( 5 , 6 ) of the rectifier unit ( 1 ) transmits a signal A which corresponds to the power consumed by the inverter ( 6 ) from the intermediate circuit ( 3 ) or output at this. 12. Umrichter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Wechselrichtereinheit (5, 6) die von ihr aus dem Zwischenkreis (3) aufgenommene beziehungsweise an diesen abgegebene Leistung aufgrund von Betriebssollwerten im voraus ermittelt.12. Converter according to claim 11, characterized in that at least one inverter unit ( 5 , 6 ) determines the power consumed by it from the intermediate circuit ( 3 ) or given to it based on operating setpoints in advance. 13. Umrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Wechselrichtereinheit (5, 6) zur Speisung eines Antriebs (7) dient, der Bestandteil einer numerisch gesteuerten Maschine ist. 13. Converter according to one of the preceding claims, characterized in that at least one inverter unit ( 5 , 6 ) is used to feed a drive ( 7 ) which is part of a numerically controlled machine. 14. Umrichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselrichtermodule die Antriebe in sichere Ruhepositionen steuern, wenn eine Überlastung der Gleichrichtereinheit (1) einen vorge­ gebenen Grenzwert überschreitet.14. Converter according to claim 9, characterized in that the inverter modules control the drives in safe rest positions when an overload of the rectifier unit ( 1 ) exceeds a predetermined limit. 15. Verfahren zum Betrieb eines Frequenzumrichters mit einer Netz­ gleichrichtereinheit zur Speisung eines Gleichspannungszwischen­ kreises, an den wenigstens eine Wechselrichtereinheit angeschlossen ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • - Bestimmen der Leistung der Gleichrichtereinheit (1) in einem Be­ stimmungszeitpunkt,
  • - Bestimmen der maximal zulässigen Leistung der Gleichrichtereinheit (1) im Bestimmungszeitpunkt,
  • - Bestimmen der Auslastung der Gleichrichtereinheit (1) durch Ver­ gleich des für die Ist-Leistung erhaltenen Wertes mit dem für die maximal zulässige Leistung erhaltenen Wert.
15. Method for operating a frequency converter with a mains rectifier unit for supplying a DC voltage intermediate circuit to which at least one inverter unit is connected, characterized by the following steps:
  • - Determining the power of the rectifier unit ( 1 ) at a time of determination,
  • - Determining the maximum permissible power of the rectifier unit ( 1 ) at the time of determination,
  • - Determine the utilization of the rectifier unit ( 1 ) by comparing the value obtained for the actual power with the value obtained for the maximum permissible power.
16. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • - Übermitteln eines der Auslastung der Gleichrichtereinheit (1) entsprechenden Signals (A) an wenigstens eine Wechselrichtereinheit (5, 6),
  • - Abstimmen der von der (den) Wechselrichtereinheit(en) (6) aus dem Zwischenkreis (3) aufgenommenen Leistung auf die Auslastung der Gleichrichtereinheit (1).
16. The method according to claim 14, characterized by the following steps:
  • - Transmission of a signal (A) corresponding to the utilization of the rectifier unit ( 1 ) to at least one inverter unit ( 5 , 6 ),
  • - Matching the power consumed by the inverter unit (s) ( 6 ) from the intermediate circuit ( 3 ) to the load on the rectifier unit ( 1 ).
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