EP0587835A1 - Frequency converter with buffer-circuit monitor - Google Patents

Frequency converter with buffer-circuit monitor

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Publication number
EP0587835A1
EP0587835A1 EP19930905203 EP93905203A EP0587835A1 EP 0587835 A1 EP0587835 A1 EP 0587835A1 EP 19930905203 EP19930905203 EP 19930905203 EP 93905203 A EP93905203 A EP 93905203A EP 0587835 A1 EP0587835 A1 EP 0587835A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
signal line
current
intermediate circuit
converter according
Prior art date
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Ceased
Application number
EP19930905203
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Eberhard Hoefflin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0587835A1 publication Critical patent/EP0587835A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/74—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors controlling two or more ac dynamo-electric motors

Definitions

  • the invention is based on an arrangement according to the type of the main claim.
  • One such is known from DE-OS 31 13 909.
  • the arrangement described therein has, according to FIG. 1, a mains rectifier 14, an intermediate circuit of constant DC voltage, and several inverters 13 fed by it.
  • a capacitor is provided to stabilize the DC link voltage.
  • the line rectifier is preferably uncontrolled.
  • the inverters are controlled by a common control logic 20, all the motors supplied by the inverters run at the same speed. Each inverter feeds a number of individual drive motors that are only assigned to it. From the document, the proposal is known to equip several inverters, each with its own control logic.
  • the document also points out that in the event of a power failure due to the different stopping behavior of individual drives, energy is shifted via the intermediate circuit in such a way that all drives nevertheless come to a standstill at approximately the same time. Measures to actively regulate the DC link voltage and / or to improve the behavior of the individual drives are not apparent from the document. However, if inverters supplied by the same intermediate circuit are operated independently of one another (such as in the case of servo drives), the current operating states of the individual drives act on the intermediate circuit and lead to voltage fluctuations there. These in turn adversely affect the operating behavior of the drives.
  • a converter arrangement according to the invention has an arrangement for stabilizing the overall operating behavior, which makes it possible to stabilize the DC link voltage and at the same time to adapt the operation of the individual drives to the current DC link voltage in each case.
  • Continuous knowledge of the power requirements of the individual drives enables precise regulation of the DC link voltage on the rectifier side.
  • every drive is continuously aware of the current DC link voltage. This allows the operating behavior of the individual drives to be improved.
  • the converter arrangement according to the invention is simple in construction, it essentially contains an additional signal line.
  • the complex measurement of the DC link voltage is only required once, and at the same time the smoothing capacitance in the DC link can be dimensioned smaller by the improved voltage control, which results in a cost advantage.
  • Already considering only those drives whose performance changes per unit of time have large values provides good results.
  • control of the individual drives is expediently carried out in such a way that the required or output power is adapted at any time to the current energy output or absorption capacity of the intermediate circuit.
  • the figure shows a schematic diagram of the arrangement according to the invention.
  • the block diagram of a converter arrangement shown in the figure can be functionally divided into two main parts: a power circuit with the elements labeled 10 to 13 and a control circuit 40 with the elements labeled 14 to 30.
  • the structure of the power circuit is known per se.
  • This supplies a plurality of inverters 12 with DC voltage.
  • the essential components of the inverters 12 are six power transistors (not shown), two of which each generate a phase of the drive-side output current. They are controlled by the pulse width modulation method from a respectively assigned control unit 14.
  • Converter arrangements of the type described above can be found, for example, in multi-axis, numerically controlled machine tools.
  • the second main part of the converter arrangement according to the invention is the control circuit 40.
  • the inverter control unit 14, the mains rectifier unit 15, and a DC voltage source 21 with an associated measuring device 23 on the intermediate circuit are assigned, furthermore one between the inverter control units 14, the rectifier control unit 15 and one Main arrangement (not shown here) arranged line arrangement 30, and above all a signal line 20 arranged parallel to the power circuit, regardless of the potential of the intermediate circuit.
  • the latter is of essential importance for the present invention. It connects in series a DC voltage source 21 to at least one inverter control unit 14 and to the rectifier control unit 15.
  • the individual components of the control circuit are explained in more detail below.
  • the main components of the inverter control units 14 connected to the signal line 20 are a control module 16, a controllable current source 22, and a voltage measuring device 24.
  • the current source 22 and the voltage measuring device 24 physically connect the inverter control unit 14 to the signal line 20.
  • the current source 22 and / or the voltage measuring device 24 may be missing. All components of the inverter control units 14 are connected to one another by suitable signal lines in accordance with the diagram shown in the figure.
  • the task of the control module 16 is to process the incoming signals and to control the power transistors of the inverters 12 and the current sources 22.
  • the control module 16 communicates with the other inverter units 14 via the line arrangement 30 comprising one or more data or signal lines, as well as with the rectifier unit 15. Furthermore, the line arrangement 30 is used to exchange data with a central control unit (not shown in the figure), for example the main control of a numerically controlled machine, from which the individual inverter control units 14 supply the operating setpoints, such as, for example, the power setpoint and the acceleration setpoint. Deceleration setpoint received.
  • the current source 22 and the voltage measuring device 24 connect the inverter control unit 14 to the signal line 20.
  • the line rectifier control unit 15 is composed essentially of a measuring device 24 for detecting the current flowing in the signal line 20, and a control module 17.
  • the task of the control module 17 is to output the control signals to the power semiconductors of the mains rectifier 11 and to regulate the intermediate circuit voltage. For this purpose, it processes the signals supplied by the measuring device 25 via a corresponding connection.
  • the rectifier control unit 15 is connected to the inverter control units 14 and the main controller via the data line 30.
  • the voltage source 21 is connected to a voltage meter 23 arranged on the intermediate circuit 10 via a suitable line.
  • This connection like the connection between line rectifier control unit 15 and line rectifier 11 and like the connections between inverter control units 16 and inverters 12, has a device (not shown here) for separating the potentials of signal line 20 and intermediate circuit 10.
  • the signal line 20 is expediently related to a ground line, which can also serve as a ground for other signals.
  • the physical implementation of the arrangement shown in the figure is expediently carried out in the form of modules which are accommodated in a common frame, spatially separated from the drives 13.
  • a first module type the components of the rectifier 11, rectifier control unit 15, voltage source 21 and voltage meter 23 which are present only once in each converter arrangement are combined.
  • an inverter 12 and the associated inverter control unit 14 are each arranged.
  • the voltmeter 23 detects the voltage currently present in the intermediate circuit 10 and transmits the measured value potential-free to the voltage source 21. This impresses a direct voltage TJ on the signal line 20, which is a measure of the measured intermediate circuit M
  • the voltage source 21 has a voltage setting or regulating arrangement, not shown here.
  • Such voltage sources are known per se, e.g. from "Semiconductor circuit technology", Tietze, Schenk, 7th edition, section 13.2.
  • the voltages impressed into the signal line 20 expediently move in a low-voltage range of preferably 0 to 10 volts, in such a way that, for example, a voltage of 600 volts measured in the intermediate circuit 10 corresponds to a voltage of 6 volts in the signal line 20.
  • the inverter control units 14 each have a current I corresponding to the current target power of the assigned drive 13 by means of the current sources 22 present therein
  • Usual current sources can be used, examples of which can be found, for example, in "semiconductor circuit technology", Tietze, Schenk, 7th edition, section 4.6.2.
  • Each control unit 14 has an arrangement for measuring the at the
  • control module 16 is supplied. This includes the measured value in the determination of the pulse durations for the power semiconductors in the inverters 12.
  • the operating behavior of the individual drives 13 can be improved in several respects on the basis of the information about the intermediate circuit voltage.
  • the control module 17 can ensure that the voltage impressed on the associated drive 13 corresponds to the required setpoint.
  • the control module 16 extends the pulse duration if, on the basis of the signals measured by the measuring arrangement 24, it determines that the voltage actually present in the intermediate circuit is below the target value specified for the intermediate circuit voltage. Without such a correction, although the pulse duration would be correct in relation to the specified DC link setpoint, the drive voltage would be too low. Knowing the intermediate circuit voltage from the signal line voltage also enables the control module 17 to carry out acceleration processes always adapted to the current energy output / absorption capacity of the intermediate circuit. In the event of a power failure, there is the option of deliberately decelerating a "large" drive, which acts as a Generator is used to maintain the voltage in the DC link until other drives connected to the same DC link are moved to a safety position.
  • the information contained in the overall signal line current is used to regulate the voltage in the intermediate circuit 10.
  • the rectifier control unit 15 has a current measuring device 25, by means of which it detects the current value of the total current I flowing in the signal line 20.
  • the measured value which corresponds to the total power consumed / output, is fed to the control module 17 and is included there in the calculation of the control pulses for the rectifier 11. It is particularly suitable for control based on the principle of pilot control. In this control method, the control unit 15 reacts immediately to any change in the power consumed or output by the drives.
  • the proposed arrangement already allows usable constant control of the intermediate circuit voltage if only those drives 13, by means of current sources 22, impress a current corresponding to the current power into the signal line 20, the power changes per unit time of which are large compared to the other drives. Conversely, those drives whose time-related power changes are comparatively small do not necessarily have to be connected to the signal line. For less stringent requirements on the overall operating behavior of the converter arrangement, it may also suffice to dispense with the transmission of the DC link voltage via the signal line 20 to the drives and only to regulate the DC link voltage based on the current impressed into the signal line 20 by the drives improve. In this case, the signal line is simply impressed with a predetermined DC voltage. Voltage measuring devices 24 and inverter control units 14 are then dispensable.
  • the proposed converter arrangement is based on the principle that all inverters 12 inject the signal line with a current corresponding to the currently consumed / output power, measured by the line rectifier controller 15, and that the line rectifier 11 via the voltmeter 23 and the voltage source 21 the signal circuit 20 impresses a voltage, which in turn the inverter control units 14 measure. While maintaining this principle, configurations of the converter arrangement described are possible. For example, the power transistors in the inverters 12 can be replaced by other components having the same effect, or the structural subdivisions of the functional assemblies can be different.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Pour réaliser une architecture comportant des convertisseurs statiques de fréquence et ou plusieurs unités de moteur à onduleur raccordés à un circuit intermédiaire commun, il est proposé d'associer à l'unité de commande du redresseur de réseau (11) et aux unités de commande (14) des onduleurs (12) une ligne de signalisation (20) permettant la transmission des signaux qui assurent la régulation de la tension continue du circuit intermédiaire. Cette ligne de signalisation (20) transmet un courant (Ig) correspondant aux puissances individuelles requises ou produites par les moteurs (13). Il est avantageux d'associer une source de tension (21) à la ligne de signalisation (20) à laquelle elle applique une tension (UM) correspondant à la tension momentanée du circuit intermédiaire.To achieve an architecture comprising static frequency converters and or more inverter motor units connected to a common intermediate circuit, it is proposed to associate with the control unit of the network rectifier (11) and the control units ( 14) inverters (12) a signaling line (20) allowing the transmission of signals which regulate the DC voltage of the intermediate circuit. This signaling line (20) transmits a current (Ig) corresponding to the individual powers required or produced by the motors (13). It is advantageous to associate a voltage source (21) with the signaling line (20) to which it applies a voltage (UM) corresponding to the momentary voltage of the intermediate circuit.

Description

Umrichter mit ZwischenkreismonitorInverter with DC link monitor
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Anordnung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine solche ist bekannt aus der DE-OS 31 13 909. Die darin beschriebene Anordnung weist gemäß Figur 1 einen Netzgleich¬ richter 14, einen Zwischenkreis konstanter Gleichspannung, sowie mehrere von diesem gespeiste Wechselrichter 13 auf. Zur Stabili¬ sierung der Zwischenkreisgleichspannung ist ein Kondensator vorge¬ sehen. Der Netzgleichrichter ist vorzugsweise ungesteuert. Die Steuerung der Wechselrichter erfolgt durch eine gemeinsame Ansteuer¬ logik 20, alle von den Wechselrichtern versorgten Motoren laufen mit der gleichen Drehzahl. Jeder Wechselrichter speist eine Anzahl nur ihm zugeordneter Einzelantriebsmotoren. Aus der Schrift ist auch der Vorschlag bekannt, mehrere Wechselrichter mit jeweils eigener An¬ steuerlogik auszurüsten. Die Schrift weist ferner darauf hin, daß bei Stromausfall aufgrund des unterschiedlichen Auslaufverhaltens einzelner Antriebe über den Zwischenkreis Energie so verschoben wird, daß dennoch alle Antriebe etwa zum selben Zeitpunkt zum Still¬ stand kommen. Maßnahmen zur aktiven Regelung der Zwischenkreisgleichspannung und/oder zur Verbesserung des Verhaltens der einzelnen Antriebe gehen aus der Schrift nicht hervor. Werden aber vom selben Zwischen¬ kreis versorgte Wechselrichter voneinander unabhängig betrieben (wie zum Beispiel bei Servoantrieben), so wirken die jeweils augenblick¬ lichen Betriebszustände der einzelnen Antriebe auf den Zwischenkreis zurück und führen dort zu SpannungsSchwankungen. Diese wiederum beeinflussen das Betriebsverhalten der Antriebe nachteilig.The invention is based on an arrangement according to the type of the main claim. One such is known from DE-OS 31 13 909. The arrangement described therein has, according to FIG. 1, a mains rectifier 14, an intermediate circuit of constant DC voltage, and several inverters 13 fed by it. A capacitor is provided to stabilize the DC link voltage. The line rectifier is preferably uncontrolled. The inverters are controlled by a common control logic 20, all the motors supplied by the inverters run at the same speed. Each inverter feeds a number of individual drive motors that are only assigned to it. From the document, the proposal is known to equip several inverters, each with its own control logic. The document also points out that in the event of a power failure due to the different stopping behavior of individual drives, energy is shifted via the intermediate circuit in such a way that all drives nevertheless come to a standstill at approximately the same time. Measures to actively regulate the DC link voltage and / or to improve the behavior of the individual drives are not apparent from the document. However, if inverters supplied by the same intermediate circuit are operated independently of one another (such as in the case of servo drives), the current operating states of the individual drives act on the intermediate circuit and lead to voltage fluctuations there. These in turn adversely affect the operating behavior of the drives.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Umrichteranordnung mit mehreren vom selben Zwischenkreis gespeisten Wechselrichtern anzugeben, welche eine Optimierung des Betriebsverhaltens der Antriebe und des Gleichrichters gestattet.It is an object of the invention to provide a converter arrangement with a plurality of inverters fed by the same intermediate circuit, which allows the operating behavior of the drives and the rectifier to be optimized.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Eine erfindungsgemäße Umrichteranordnung weist eine Anordnung zur Stablilisierung des Gesamtbetriebsverhaltens auf, die es erlaubt, die Zwischenkreisgleichspannung zu stabilisieren und gleichzeitig den Betrieb der einzelnen Antriebe an die jeweils aktuelle Zwischenkreisgleichspannung anzupassen. Durch fortlaufende Kenntnis des Leistungsbedarfs der einzelnen Antriebe ist gleich- richterseitig eine exakte Regelung der Zwischenkreisgleichspannung möglich. Gleichzeitig ist jedem Antrieb fortlaufend die aktuelle Zwischenkreisgleichspannung bekannt. Dies gestattet eine Ver¬ besserung des Betriebsverhaltens der einzelnen Antriebe. Die er¬ findungsgemäße Umrichteranordnung ist in ihrem Aufbau einfach, sie enthält im wesentlichen eine zusätzliche Signalleitung. Die auf¬ wendige Messung der Zwischenkreisgleichspannung ist nur einmal er¬ forderlich, gleichzeitig kann durch die verbesserte Spannungs¬ regelung die Glä.ttungεkapazität im Zwischenkreis kleiner dimen¬ sioniert werden, wodurch ein Kostenvorteil entsteht. Bereits die Berücksichtigung nur derjenigen Antriebe, deren Leistungsänderungen pro Zeiteinheit große Werte haben, liefert gute Ergebnisse.The object is achieved by an arrangement with the features of the main claim. A converter arrangement according to the invention has an arrangement for stabilizing the overall operating behavior, which makes it possible to stabilize the DC link voltage and at the same time to adapt the operation of the individual drives to the current DC link voltage in each case. Continuous knowledge of the power requirements of the individual drives enables precise regulation of the DC link voltage on the rectifier side. At the same time, every drive is continuously aware of the current DC link voltage. This allows the operating behavior of the individual drives to be improved. The converter arrangement according to the invention is simple in construction, it essentially contains an additional signal line. The complex measurement of the DC link voltage is only required once, and at the same time the smoothing capacitance in the DC link can be dimensioned smaller by the improved voltage control, which results in a cost advantage. Already considering only those drives whose performance changes per unit of time have large values provides good results.
Die Steuerung der einzelnen Antriebe erfolgt zweckmäßig so, daß die benötigte, beziehungsweise abgegebene Leistung jederzeit an die momentane Energieabgabe- beziehungsweise Auf ahmekapazität des Zwischenkreises angepaßt ist.The control of the individual drives is expediently carried out in such a way that the required or output power is adapted at any time to the current energy output or absorption capacity of the intermediate circuit.
Die Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung und Beschreibung genauer erläutert.The details of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing and description.
Die Figur zeigt eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Anordnung.The figure shows a schematic diagram of the arrangement according to the invention.
Das in der Figur dargestellte Blockschaltbild einer Umrichteran¬ ordnung läßt sich funktional in zwei Hauptteile gliedern: einen Leistungskreis, mit den mit 10 bis 13 bezeichneten Elementen, und einen Steuerungskreis 40 mit den mit 14 bis 30 bezeichneten Elementen.The block diagram of a converter arrangement shown in the figure can be functionally divided into two main parts: a power circuit with the elements labeled 10 to 13 and a control circuit 40 with the elements labeled 14 to 30.
Der Aufbau des Leistungskreises ist an sich bekannt. Die Ausgangs¬ seite eines Gleichrichters 11, an dessen Eingangsseite in der Regel dreiphasiger Netzwechselstrom anliegt, bildet einen Gleichspannungs¬ zwischenkreis 10. Dieser versorgt mehrere Wechselrichter 12 mit Gleichspannung. Jeder Wechselrichter 12 wiederum speist im allge¬ meinen einen, seltener mehrere zugeordnete Antriebe 13. Wesentliche Bauteile der Wechselrichter 12 sind jeweils sechs nicht dargestellte Leistungstransistoren, von denen jeweils zwei eine Phase des an- triebsseitigen AusgangsStroms generieren. Ihre Ansteuerung erfolgt nach dem Verfahren der Pulsbreitenmodulation von einer jeweils zu¬ geordneten Steuereinheit 14. Umrichteranordnungen der vorstehend beschriebenen Art finden sich beispielsweise in mehrachsigen, numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen. Zweiter Hauptteil der erfindungsgemäßen Umrichteranordnung ist der Steuerungskreis 40. Ihm werden hier die Wechselrichtersteuereinheit 14, die Netzgleichrichtereinheit 15, sowie eine Gleichspannungs- guelle 21 mit einer zugehörigen Meßvorrichtung 23 am Zwischenkreis zugeordnet, desweiteren eine zwischen den Wechselrichtersteuerein¬ heiten 14, der Gleichrichtersteuereinheit 15 und einer hier nicht dargestellten Hauptsteuerung angeordnete Leitungsanordnung 30, sowie vor allem eine parallel zum Leistungskreis, unabhängig vom Potential des Zwischenkreises, angeordnete Signalleitung 20. Letztere ist für die vorliegende Erfindung von wesentlicher Bedeutung. Sie verbindet -seriell eine Gleichspannungsquelle 21 mit wenigstens einer Wechsel¬ richtersteuereinheit 14, sowie mit der Gleichrichtersteuereinheit 15. Die einzelnen Bestandteile des Steuerungskreises werden nach¬ folgend näher erläutert.The structure of the power circuit is known per se. The output side of a rectifier 11, on the input side of which there is generally three-phase mains alternating current, forms a DC voltage intermediate circuit 10. This supplies a plurality of inverters 12 with DC voltage. Each inverter 12, in turn, generally feeds one, more rarely several, associated drives 13. The essential components of the inverters 12 are six power transistors (not shown), two of which each generate a phase of the drive-side output current. They are controlled by the pulse width modulation method from a respectively assigned control unit 14. Converter arrangements of the type described above can be found, for example, in multi-axis, numerically controlled machine tools. The second main part of the converter arrangement according to the invention is the control circuit 40. Here, the inverter control unit 14, the mains rectifier unit 15, and a DC voltage source 21 with an associated measuring device 23 on the intermediate circuit are assigned, furthermore one between the inverter control units 14, the rectifier control unit 15 and one Main arrangement (not shown here) arranged line arrangement 30, and above all a signal line 20 arranged parallel to the power circuit, regardless of the potential of the intermediate circuit. The latter is of essential importance for the present invention. It connects in series a DC voltage source 21 to at least one inverter control unit 14 and to the rectifier control unit 15. The individual components of the control circuit are explained in more detail below.
Haupt-Bestandteile der an die Signalleitung 20 angeschlossenen Wechselrichtersteuereinheiten 14 sind ein Steuermodul 16, eine steuerbare Stromquelle 22, sowie eine Spannungsmeßvorrichtung 24. Stromquelle 22 und die Spannungsmeßvorrichtung 24 binden die Wechselrichtersteuereinheit 14 physikalisch an die Singalleitung 20 an. Es ist allerdings nicht zwingend notwendig, daß alle vorhandenen Wechselrichter 12 an die Signalleitung 20 angeschlossen sind. In den gegebenenfalls nicht an die Signalleitung 20 angeschlossenen Wechselrichtersteuereinheiten 14 können die Stromquelle 22 und/oder die Spannungsmeßvorrichtung 24 fehlen. Alle Bestandteile der Wechselrichtersteuereinheiten 14 sind, entsprechend dem in der Figur dargestellten Schema, durch geeignete Signalleitungen miteinander verbunden. Aufgabe des Steuermoduls 16 ist die Verarbeitung der eingehenden Signale sowie die Ansteuerung der Leistungstransistoren der Wechsel¬ richter 12 und der Stromquellen 22. Über die aus einer oder mehreren Daten- oder Signalleitungen bestehenden Leitungsanordnung 30 kommu¬ niziert das Steuermodul 16 mit den anderen Wechselrichtereinheiten 14, sowie mit der Gleichrichtereinheit 15. Ferner erfolgt über die Leitungsanordnung 30 der Datenaustausch mit einer in der Figur nicht dargestellten zentralen Steuereinheit, etwa der Hauptsteueurng einer numerisch gesteuerten Maschine, von der die einzelnen Wechsel¬ richtersteuereinheiten 14 die Betriebssollwerte, wie zum Beispiel Leistungssollwert, Beschleunigungssollwert, Verzögerungssollwert, erhalten. Die Stromquelle 22 und die Spannungsmeßvorrichtung 24 binden die Wechselrichtersteuereinheit 14 an die Signalleitung 20 an.The main components of the inverter control units 14 connected to the signal line 20 are a control module 16, a controllable current source 22, and a voltage measuring device 24. The current source 22 and the voltage measuring device 24 physically connect the inverter control unit 14 to the signal line 20. However, it is not absolutely necessary that all existing inverters 12 are connected to the signal line 20. In the inverter control units 14, which may not be connected to the signal line 20, the current source 22 and / or the voltage measuring device 24 may be missing. All components of the inverter control units 14 are connected to one another by suitable signal lines in accordance with the diagram shown in the figure. The task of the control module 16 is to process the incoming signals and to control the power transistors of the inverters 12 and the current sources 22. The control module 16 communicates with the other inverter units 14 via the line arrangement 30 comprising one or more data or signal lines, as well as with the rectifier unit 15. Furthermore, the line arrangement 30 is used to exchange data with a central control unit (not shown in the figure), for example the main control of a numerically controlled machine, from which the individual inverter control units 14 supply the operating setpoints, such as, for example, the power setpoint and the acceleration setpoint. Deceleration setpoint received. The current source 22 and the voltage measuring device 24 connect the inverter control unit 14 to the signal line 20.
Die Netzgleichrichtersteuereinheit 15 setzt sich im wesentlichen aus einer Meßvorrichtung 24 zur Erfassung des in der Signalleitung 20 fließenden Stromes, sowie einem Steuermodul 17 zusammen. Aufgabe des Steuermoduls 17 sind die Ausgabe der Steuersignale an die Leistungs- halbleiter des Netzgleichrichters 11 sowie die Regelung der Zwischenkreisspannung. Es verarbeitet hierzu die von der Meßvor¬ richtung 25 über eine entsprechende Verbindung zugeführten Signale. Über die Datenleitung 30 ist die Gleichrichtersteuereinheit 15 mit den Wechselrichtersteuereinheiten 14 und der Hauptsteuerung ver¬ bunden.The line rectifier control unit 15 is composed essentially of a measuring device 24 for detecting the current flowing in the signal line 20, and a control module 17. The task of the control module 17 is to output the control signals to the power semiconductors of the mains rectifier 11 and to regulate the intermediate circuit voltage. For this purpose, it processes the signals supplied by the measuring device 25 via a corresponding connection. The rectifier control unit 15 is connected to the inverter control units 14 and the main controller via the data line 30.
Die Spannungsquelle 21 ist mit einem am Zwischenkreis 10 ange¬ ordneten Spannungsmesser 23 über eine geeignete Leitung verbunden. Diese Verbindung weist ebenso wie die Verbindung zwischen Netz¬ gleichrichtersteuereinheit 15 und Netzgleichrichter 11 und wie die Verbindungen zwischen Wechselrichtersteuereinheiten 16 und Wechsel¬ richtern 12 eine hier nicht näher dargestellte Vorrichtung zur Trennung der Potentiale von Signalleitung 20 und Zwischenkreis 10 auf. Die Signalleitung 20 ist zweckmäßig auf eine Masseleitung, die gleichzeitig auch als Masse für andere Signale dienen kann, bezogen. Die physikalische Realisierung der in der Figur dargestellten An¬ ordnung erfolgt zweckmäßig in Form von Modulen, die in einem gemein¬ samen Rahmen, von den Antrieben 13 räumlich getrennt, untergebracht sind. In einem ersten Modultyp sind die in jeder U richteranordnung nur einmal vorhandenen Bestandteile Netzgleichrichter 11, Gleich¬ richtersteuereinheit 15, Spannungsquelle 21 sowie Spannungsmesser 23 zusammengefaßt. In einem weiteren, im allgemeinen mehrfach vor¬ handenen Modultyp, der jeweils einem Antrieb 13 zugeordnet ist, sind jeweils ein Wechselrichter 12 und die zugehörige Wechselrichter¬ steuereinheit 14 angeordnet.The voltage source 21 is connected to a voltage meter 23 arranged on the intermediate circuit 10 via a suitable line. This connection, like the connection between line rectifier control unit 15 and line rectifier 11 and like the connections between inverter control units 16 and inverters 12, has a device (not shown here) for separating the potentials of signal line 20 and intermediate circuit 10. The signal line 20 is expediently related to a ground line, which can also serve as a ground for other signals. The physical implementation of the arrangement shown in the figure is expediently carried out in the form of modules which are accommodated in a common frame, spatially separated from the drives 13. In a first module type, the components of the rectifier 11, rectifier control unit 15, voltage source 21 and voltage meter 23 which are present only once in each converter arrangement are combined. In a further, generally multiple module type, each of which is assigned to a drive 13, an inverter 12 and the associated inverter control unit 14 are each arranged.
Die Funktionsweise der vorhergehend beschriebenen Anordnung ist wie folgt.The operation of the arrangement described above is as follows.
Der Spannungsmesser 23 erfaßt die aktuell im Zwischenkreis 10 an¬ liegende Spannung und übermittelt den Meßwert potentialfrei an die Spannungsquelle 21. Diese prägt der Signalleitung 20 eine Gleich¬ spannung TJ ein, die ein Maß für die gemessene Zwischenkreis- MThe voltmeter 23 detects the voltage currently present in the intermediate circuit 10 and transmits the measured value potential-free to the voltage source 21. This impresses a direct voltage TJ on the signal line 20, which is a measure of the measured intermediate circuit M
Spannung ist. Die Spannung U., der Signalleitung 20 wird dabeiTension is. The voltage U., the signal line 20 is thereby
M fortlaufend auf einen der Zwischenkreisspannung entsprechenden Wert geregelt. Die Spannungsquelle 21 besitzt zu diesem Zweck eine hier nicht gezeigte Spannungsstell- oder regelanordnung. Derartige Spannungsquellen sind an sich bekannt, z.B. aus "Halbleiter¬ schaltungstechnik", Tietze, Schenk, 7. Auflage, Abschnitt 13.2. Zweckmäßig bewegen sich die in die Signalleitung 20 eingeprägten Spannungen in einem Niedervoltbereich von vorzugsweise 0 bis 10 Volt, in der Art, daß zum Beispiel einer im Zwischenkreis 10 ge¬ messenen Spannung von 600 Volt in der Signalleitung 20 eine Spannung von 6 Volt entspricht.M continuously regulated to a value corresponding to the DC link voltage. For this purpose, the voltage source 21 has a voltage setting or regulating arrangement, not shown here. Such voltage sources are known per se, e.g. from "Semiconductor circuit technology", Tietze, Schenk, 7th edition, section 13.2. The voltages impressed into the signal line 20 expediently move in a low-voltage range of preferably 0 to 10 volts, in such a way that, for example, a voltage of 600 volts measured in the intermediate circuit 10 corresponds to a voltage of 6 volts in the signal line 20.
In die von der Spannungsquelle 21 mit Gleichspannung beaufschlagte Signalleitung 20 prägen gleichzeitig, von der Spannungsquelle 21 unabhängig, die Wechselrichtersteuereinheiten 14 mittels der in ihnen vorhandenen Stromquellen 22 jeweils einen der momentanen Solleistung des zugeordneten Antriebs 13 entsprechenden Strom I ,At the same time, emboss into the signal line 20, which is supplied with direct voltage by the voltage source 21, by the voltage source 21 independently, the inverter control units 14 each have a current I corresponding to the current target power of the assigned drive 13 by means of the current sources 22 present therein
∑A2 AN ein* ∑ A2 AN on *
Verwendet werden können übliche Stromquellen, Beispiele dazu finden sich zum Beispiel in "Halbleiterschaltungstechnik", Tietze, Schenk, 7. Auflage, Abschnitt 4.6.2.Usual current sources can be used, examples of which can be found, for example, in "semiconductor circuit technology", Tietze, Schenk, 7th edition, section 4.6.2.
Jede Steuereinheit 14 besitzt eine Anordnung zur Messung der an derEach control unit 14 has an arrangement for measuring the at the
Signalleitung 20 anliegenden Spannung U,. Der mittels der Meßvor-Signal line 20 applied voltage U. The by means of the measurement
M richtung 24 gemessene Spannungswert U , er entspricht der momen-M direction 24 measured voltage value U, it corresponds to the current
M tanen ZwischenkreisSpannung, wird dem Steuermodul 16 zugeführt. Dieses bezieht den gemessenen Wert in die Bestimmung der Pulsdauern für die Leistungshalbleiter in den Wechselrichtern 12 ein.M tanen DC link voltage, the control module 16 is supplied. This includes the measured value in the determination of the pulse durations for the power semiconductors in the inverters 12.
Aufgrund der Information über die Zwischenkreisspannung läßt sich das Betriebsverhalten der einzelnen Antriebe 13 in mehrfacher Hin¬ sicht verbessern. So kann das Steuermodul 17 sicherstellen, daß die dem zugehörigen Antrieb 13 eingeprägte Spannung dem geforderten Sollwert entspricht. Beispielsweise verlängert das Steuermodul 16 die Pulsdauer, wenn es anhand der von der Meßanordnung 24 gemessenen Signale feststellt, daß die im Zwischenkreis tatsächlich anliegende Spannung unter dem für die Zwischenkreisspannung vorgegebenen Sollwert liegt. Ohne eine solche Korrektur würde, obwohl die Puls- dauer bezogen auf den vorgegebenen Zwischenkreis-Sollwert richtig wäre, eine zu geringe Spannung am Antrieb anliegen. Die Kenntnis der Zwischenkreisspannung aus der SignalleitungsSpannung ermöglicht es dem Steuermodul 17 ferner, Beschleunigungsvorgänge stets angepaßt an die aktuelle Energieabgabe/-aufnahmekapazität des Zwischenkreises durchzuführen. Bei Netzausfall bietet sich die Möglichkeit, durch gezieltes Verzögerung eines "großen" Antriebs, der dabei als Generator benützt wird, die Spannung im Zwischenkreis solange auf¬ rechtzuerhalten, bis andere am gleichen Zwischenkreis angeschlossene Antriebe in eine Sicherheitsstellung gefahren werden.The operating behavior of the individual drives 13 can be improved in several respects on the basis of the information about the intermediate circuit voltage. In this way, the control module 17 can ensure that the voltage impressed on the associated drive 13 corresponds to the required setpoint. For example, the control module 16 extends the pulse duration if, on the basis of the signals measured by the measuring arrangement 24, it determines that the voltage actually present in the intermediate circuit is below the target value specified for the intermediate circuit voltage. Without such a correction, although the pulse duration would be correct in relation to the specified DC link setpoint, the drive voltage would be too low. Knowing the intermediate circuit voltage from the signal line voltage also enables the control module 17 to carry out acceleration processes always adapted to the current energy output / absorption capacity of the intermediate circuit. In the event of a power failure, there is the option of deliberately decelerating a "large" drive, which acts as a Generator is used to maintain the voltage in the DC link until other drives connected to the same DC link are moved to a safety position.
Da jede Wechselrichtersteuereinheit 14 der Signalleitung 20 einen der vom jeweils zugehörigen Antrieb 13 aufgenommenen, beziehungs¬ weise abgegebenen Leistung entsprechenden Strom I bis I einprägt, fließt in der Signalleitung 20 insgesamt ein Strom I = welcher der von allen Antrieben benötigten beziehungs- weise erzeugten Gesamtleistung entspricht. Die im Signalleitungsge- samtstrom enthaltende Information wird zur Regelung der Spannung im Zwischenkreis 10 verwendet. Hierfür besitzt die Gleichrichtersteuer¬ einheit 15 eine Strommeßvorrichtung 25, mittels derer sie den aktuellen Wert des in der Signalleitung 20 fließenden Gesamtstromes I erfaßt. Der Meßwert, der ja der gesamt aufgenommenen/abgege¬ benen Leistung entspricht, wird dem Steuermodul 17 zugeführt und dort in die Berechnung der Steuerimpulse für den Gleichrichter 11 einbezogen. Er eignet sich besonders für eine Regelung nach dem Prinzip der Vorsteuerung. Bei diesem Regelverfahren reagiert die Gleichsteuereinheit 15 unmittelbar auf jede Veränderung der von den Antrieben aufgenommenen beziehungsweise abgegebenen Leistung.Since each inverter control unit 14 impresses the signal line 20 with a current I to I corresponding to the power received or output by the associated drive 13, a total current I flows in the signal line 20 = which of the required or required by all drives wise generated total output corresponds. The information contained in the overall signal line current is used to regulate the voltage in the intermediate circuit 10. For this purpose, the rectifier control unit 15 has a current measuring device 25, by means of which it detects the current value of the total current I flowing in the signal line 20. The measured value, which corresponds to the total power consumed / output, is fed to the control module 17 and is included there in the calculation of the control pulses for the rectifier 11. It is particularly suitable for control based on the principle of pilot control. In this control method, the control unit 15 reacts immediately to any change in the power consumed or output by the drives.
Die vorgeschlagene Anordnung gestattet schon dann eine brauchbare Konstantregelung der Zwischenkreisspannung, wenn nur diejenigen Antriebe 13 mittels Stromquelle 22 einen der aktuellen Leistung entsprechenden Strom in die Signalleitung 20 einprägen, deren Leistungsänderungen pro Zeiteinheit groß sind gegenüber den anderen Antrieben. Umgekehrt müssen diejenigen Antriebe, deren zeitbezogene Leistungsänderungen vergleichsweise gering sind, nicht unbedingt an die Signalleitung angeschlossen werden. Für weniger hohe Anforderungen an das Gesamtbetriebsverhalten der Umrichteranordnung kann es auch genügen, auf die Übertragung der Zwischenkreisgleichspannung über die Signalleitung 20 an die An¬ triebe zu verzichten und nur die Regelung der Zwischenkreisgleich¬ spannung aufgrund des von den Antrieben in die Signalleitung 20 eingeprägten Stromes zu verbessern. Der Signalleitung wird in diesem Fall einfach eine fest vorgegebene Gleichspannung eingeprägt. Spannungsmeßvorrichtungen 24 und Wechselrichtersteuereinheiten 14 sind dann verzichtbar.The proposed arrangement already allows usable constant control of the intermediate circuit voltage if only those drives 13, by means of current sources 22, impress a current corresponding to the current power into the signal line 20, the power changes per unit time of which are large compared to the other drives. Conversely, those drives whose time-related power changes are comparatively small do not necessarily have to be connected to the signal line. For less stringent requirements on the overall operating behavior of the converter arrangement, it may also suffice to dispense with the transmission of the DC link voltage via the signal line 20 to the drives and only to regulate the DC link voltage based on the current impressed into the signal line 20 by the drives improve. In this case, the signal line is simply impressed with a predetermined DC voltage. Voltage measuring devices 24 and inverter control units 14 are then dispensable.
Die vorgeschlagene Umrichteranordnung beruht auf dem Prinzip, daß alle Wechselrichter 12 der Signalleitung einen der momentan aufge¬ nommenen/abgegebenen Leistung entsprechenden Strom einprägen, den die Netzgleichrichtersteuerung 15 mißt, und daß der Netzgleich¬ richter 11 über den Spannungsmesser 23 und die Spannungsquelle 21 dem Signalkreis 20 eine Spannung einprägt, den wiederum die Wechsel¬ richtersteuereinheiten 14 messen. Unter Beibehaltung dieses Prinzips sind Ausgestaltungen der beschriebenen Umrichteranordnung möglich. So können etwa die Leistungstransistoren in den Wechselrichtern 12 durch andere, gleichwirkende Bauelemente ersetzt werden, oder es kann eine andere als die vorgeschlagene bauliche Aufteilung der funktionalen Baugruppen vorgenommen werden. The proposed converter arrangement is based on the principle that all inverters 12 inject the signal line with a current corresponding to the currently consumed / output power, measured by the line rectifier controller 15, and that the line rectifier 11 via the voltmeter 23 and the voltage source 21 the signal circuit 20 impresses a voltage, which in turn the inverter control units 14 measure. While maintaining this principle, configurations of the converter arrangement described are possible. For example, the power transistors in the inverters 12 can be replaced by other components having the same effect, or the structural subdivisions of the functional assemblies can be different.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Umrichteranordnung mit einem Netzgleichrichter mit einer zuge¬ hörigen Steuereinheit, dessen Gleichspannungsausgang einen Zwischen¬ kreis mit im wesentlichen konstanter Gleichspannung speist, und mit mehreren, jeweils einen oder mehrere Motoren versorgenden Wechsel¬ richtern mit jeweils zugehörigen Steuereinheiten, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Steuereinheit (15) des Netzgleichrichters (11) und den Steuereinheiten (14) der Wechselrichter (12) eine Signalleitung (20) zur Übertragung von Signalen zur Regelung der Zwischenkreis¬ gleichspannung zugeordnet ist, welche einen Strom (I ) führt, der ςr den von den Motoren benötigten oder erzeugten Einzelleistungen ent¬ spricht»1. Converter arrangement with a mains rectifier with an associated control unit, the DC voltage output of which feeds an intermediate circuit with an essentially constant DC voltage, and with several inverters, each supplying one or more motors, with associated control units, characterized in that the control unit (15) of the mains rectifier (11) and the control units (14) of the inverters (12) are assigned a signal line (20) for the transmission of signals for regulating the DC link voltage, which carries a current (I) which ςr the corresponds to the individual power required or generated by the motors »
2. Umrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Wechselrichtersteuereinheit (14) eine in der Signalleitung (20) angeordnete Stromquelle (22) aufweist, welche der Signalleitung (20) einen Strom (I,,, I,,, ..., I-,„) einprägt, der der momentan AI A2 AN von dem (den) zugehörigen Antrieb(-en) (13) benötigten oder abge¬ gebenen Leistung entspricht. 2. Converter according to claim 1, characterized in that at least one inverter control unit (14) in the signal line (20) arranged current source (22) which the signal line (20) a current (I ,,, I ,,, .. ., I-, ") impresses, which corresponds to the current AI A2 AN required or delivered by the associated drive (s) (13).
3. Umrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Gleichrichtersteuereinheit (15) ein Steuer¬ modul (17) sowie eine in der Signalleitung (20) angeordnete Strom¬ meßvorrichtung (25) aufweist, welche den in der Signalleitung (20) fließenden Gesamtstrom (I ) erfaßt und dem Steuermodul (17) über- g mittelt.3. Converter according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that the rectifier control unit (15) has a Steuer¬ module (17) and in the signal line (20) arranged Strom¬ measuring device (25) which in the signal line ( 20) flowing total current (I) detected and transmitted to the control module (17).
4. Umrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Signalleitung (20) eine Spannungsquelle (21) zugeordnet ist, welche der Signalleitung (20) eine der augenblick¬ lichen Zwischenkreisspannung entsprechende Spannung (U.,) einprägt.4. Converter according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that the signal line (20) is assigned a voltage source (21) which impresses the signal line (20) a voltage (U.,) corresponding to the instantaneous intermediate circuit voltage.
MM
5. Umrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß wenigstens eine Wechselrichtersteuereinheit (14) ein Steuermodul (16) zur Erzeugung der Wechselrichteransteuersignale sowie eine Spannungsmeßvorrichtung (24) aufweist, welche den Wert der augenblicklichen Spannung (U ) in der Signalleitung (20) er- faßt und an das Steuermodul (16) übermittelt.5. Converter according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that at least one inverter control unit (14) has a control module (16) for generating the inverter control signals and a voltage measuring device (24) which has the value of the instantaneous voltage (U) in the signal line (20) detected and transmitted to the control module (16).
6. Umrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Bezugspotential der Signalleitung (20) auf Masse liegt.6. Converter according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that the reference potential of the signal line (20) is at ground.
7. Umrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß dem Gleichspannungszwischenkreis (10) ein Spannungsmesser (23) zugeordnet ist, welcher die Zwischenkreis¬ spannung mißt und den Meßwert potentialgetrennt an die Spannungs- quelle (21) der Signalleitung (20) übermittelt. 7. Converter according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that the DC voltage intermediate circuit (10) is assigned a voltmeter (23) which measures the intermediate circuit voltage and the measured value is electrically isolated to the voltage source (21) of the signal line (20th ) transmitted.
8. Umrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Regelung der Zwischenkreisgleichspannung durch Vorsteuerung erfolgt.8. Converter according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that the control of the DC link voltage is carried out by pilot control.
9. Umrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß nur Antriebe (13) mit großen Leistungsänderungen pro Zeiteinheit einen der aktuell aufgenommenen/abgegebenen Leistung entsprechenden Strom (I,,, I,_, ..., I-„) in die Signalleitung9. Converter according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that only drives (13) with large changes in power per unit of time a current corresponding to the current consumed / output power (I ,,, I, _, ..., I- " ) in the signal line
AI A2 ANAI A2 AN
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