EP1961104A1 - Umrichtersystem bestehend aus zusammensteckbaren umrichtermodulen - Google Patents

Umrichtersystem bestehend aus zusammensteckbaren umrichtermodulen

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Publication number
EP1961104A1
EP1961104A1 EP06807750A EP06807750A EP1961104A1 EP 1961104 A1 EP1961104 A1 EP 1961104A1 EP 06807750 A EP06807750 A EP 06807750A EP 06807750 A EP06807750 A EP 06807750A EP 1961104 A1 EP1961104 A1 EP 1961104A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
converter
load
modular converter
converter system
inverter
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06807750A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Eckardt
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1961104A1 publication Critical patent/EP1961104A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Definitions

  • the invention relates to a modular converter system.
  • an inverter system which has two load-side power converters connected in parallel, which are electrically conductively connected on the DC voltage side by means of a DC intermediate circuit. AC voltage side this load-side converters are respectively connected to ⁇ means of a throttle to each other, at their center taps a load is connected. Pulse-width modulated signals are generated to control these two load-side converters connected electrically in parallel.
  • These two triangular carrier signals are compared with a dreiphasi ⁇ gen sinusoidal signal system. These two triangular carrier signals have a phase shift of 180 ° el. The three sinusoidal signals each have a phase shift of 90 ° el. To a carrier signal.
  • a power that is required by a connected load must first be made available by the line-side converter in the voltage intermediate circuit. This power is then split between the two load-side converters connected in parallel. Compared to a converter system with only one load-side converter, the current for each of these two converters is halved. In addition, the harmonics in the load voltage are minimized with the generated pulse width modulated signals for the two load-side converters connected in parallel.
  • DE 42 23 804 A1 discloses a method and a device for controlling an m-pulsed inverter arrangement, comprising a master inverter and at least one slave inverter.
  • Master and slave control signals are generated from determined phase current actual values of the master inverter and a slave inverter and from control signals of the inverter control set.
  • the switch-on edges of the control signals of the inverter control set are shifted in time, the switch-off edges being adopted without delay.
  • these delayed control signals are supplied to the master or the slave inverter, wherein the control signals of the inverter control set are supplied to each other inverter.
  • the division of the phase currents is balanced.
  • inverters are also connected in parallel to generate a auch ⁇ re power, while reducing the phase currents of each inverter.
  • the parallel inverters are fed from a DC voltage source. This means that this DC voltage source, consisting of at least one uncontrolled rectifier and a DC link capacitor, must be dimensioned for the required output power.
  • the parallel connection of the inverters reduces the current load of each inverter and thus of its turn-off semiconductor components.
  • the invention is based on the object of specifying an inverter system in which a modular increase in performance is possible without much effort.
  • each converter of the converter system according to the invention has power and load rails and a commutation line, which are designed to be pluggable, these converter devices can now be lined up. When juxtaposed, a converter is laterally connected to another converter. These converter can thereby in a control panel detachably directly connected to its back wall are fixed bar or be snapped onto a support rail positioned ⁇ .
  • a first converter device forms a converter basic unit, the other converter units each forming an additional converter unit.
  • the basic converter device ensures the definition and He ⁇ generating a load voltage, the additional converter devices while each providing an additional current.
  • a converter basic unit and a predetermined number of additional converter units are plugged together to form a converter unit group.
  • a modular converter system that can be individually adapted to a required output and has the continuous power and load busbars and a continuous communication line.
  • a supply system can be connected either to the inverter basic unit or to an additional converter unit in this converter system.
  • a load can also be connected to the converter basic unit or to an accessible converter accessory in this inverter system.
  • each inverter accessory is supplied with a current setpoint. If a load current (total current) is measured in the converter system, then the nth part of this measured load current is fed to each converter accessory as the current setpoint. If only one ge ⁇ premeasured output current of the basic converter device to supply ⁇ Availability checked, this any additional converter device is supplied as the current nominal value ⁇ . In order to be able to measure a total current, an ammeter is required, which has load busbars, wherein each existing load busbar is provided with a current transformer ⁇ ler. In addition, the outputs of these current transformers must be linked to a computing device whose output is connected to a communication line. If a commercially available inverter device is used as the converter base unit, then this already contains current transformers for determining converter phase output currents.
  • the converter base unit can independently determine the number of converter accessories.
  • the converter base unit has a device for determining a number of connected converter accessories, whose two output terminals are ground through the converter accessories.
  • Each inverter accessory has a resistance that is at
  • Plug the inverter accessory with the Wegschliffe ⁇ NEN output terminals of the device of the inverter base unit is electrically connected.
  • the Close at least one resistor inverter additional ⁇ device
  • the device of the inverter base unit ei ⁇ ne the number of connected converter accessories per ⁇ portional voltage.
  • the converter basic and additional devices are each designed to be regenerative. This limits overvoltages that can arise due to temporary circulating currents during load changes.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a modular converter system according to the invention, in which
  • Fig. 2 is an equivalent circuit diagram of the modular converter of FIG. 1 is shown with a first Strommessme ⁇ Thode, wherein the
  • Fig. 3 shows an equivalent circuit diagram of a modular inverter system of Fig. 1 with a second Strommessme ⁇ Thode
  • Fig. 4 shows an implementation of a current source by means of a controllable voltage source
  • FIG. 5 shows a first device for determining the number of plugged converter accessories in the modular converter system according to FIG. 1, wherein in the Is shown Fig. 6 shows a second device for determining the number of plugged-in additional converter devices in the modular inverter of FIG. 1,
  • FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of a basic converter shown ⁇ device and the
  • Fig. 8 illustrates an equivalent circuit diagram of Umrich ⁇ ter additional device.
  • Inverter system 2 a converter base unit 4 and at least one additional converter 6 on.
  • Each Um ⁇ judge device 4 and 6 has power and load busbars 8 and 10 and a communication line 12.
  • FIG. 1 is an advantageous embodiment because of the modular inverter system 2 according to the invention, this comprises To ⁇ judge basic unit 4 has two output terminals 14 and 16, which are ground by the inserted additional converter devices 6 Runaway ⁇ .
  • a feeding network 18 is linked to the mains current rails 8 of the converter basic unit 4.
  • a load 20 is linked to the load busbars 10 of the converter base unit 4.
  • a power unit, a control and an inverter control of each Umrichterge- device 4 and 6 are each combined in the box 22 and not shown explicitly in this illustration.
  • An equivalent circuit diagram of a converter of the basic converter device 4 is shown in Fi gur ⁇ 7, wherein an equivalent circuit diagram of a Umrich ⁇ ester of an additional converter device 6 of Figure 8 can be removed.
  • these converter devices 4 and 6 can be plugged sideways together by means of their mains and load busbars 8 and 10, these busbars 8 and 10 each have a plug and a receiving part 24 and 26.
  • This Steckertei ⁇ le 24 of the busbars 8 and 10 are accessible through recesses 28 in a first side wall 30 of each inverter device 4 and 6.
  • the associated receiving parts 26 of the current 8 and 10 protrude through recesses 32 of a second side wall 34 of each inverter device 4 and 6.
  • the recesses 28 of the side wall 30 are each closed by a lid 36. As these covers are made 36 depends on the required protection ⁇ degree from the modular converter device assembly.
  • the communi cation ⁇ line 12 of each converter 4 and 6, 38 and a two-th part is at both ends 40 of a plug-in device each electrically conductively connected with a first portion.
  • These parts 38 and 40 of each plug-in device are each arranged in a side wall 34 and 30 of two side by side plugged inverter devices 4 and 6 or 6 and 6 respectively. When mating two Umrichterge- rate 4 and 6 or 6 and 6, these parts engage 38 and 40 of a plug-in device into one another.
  • FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram of the modular Umrich ⁇ tersystems 2 of FIG. 1 with a first current measuring method.
  • the converter 4 are represented by a controllable voltage source and the converter additional ⁇ devices 6 each by a controllable current source Darge ⁇ provides.
  • the power and load busbars 8 and 10 only one busbar is shown in each case.
  • the ⁇ ses equivalent circuit diagram of a current meter 42, the line and load bus bars 8 and 10, a current transformer 44 per existing load bus 10 and a computing device 46 on ⁇ has. On the output side, this computing device 46 is electrically conductive with the ground communication line 12. tend to be connected.
  • this ammeter 42 has a Lei ⁇ tion 48 which is electrically connected to a second part 40 of a plug-in device.
  • This second part 40 is arranged in a side wall of this ammeter 42 such that when plugged in this second part 40 engages in a first part 38 of the converter base unit 4.
  • the computing device 46 forms a current sum value from the individual current measured quantities. This current sum value is divided by the number of converter accessories 6 inserted in the modular converter system 2. This n-th part of the sum current value determined by means of the communica tion circuit 12 ⁇ each additional converter device 6 worth supplied Isoii as the current nominal ⁇ . Since an additional ammeter 42 is used in the measurement method, a load 20 must be linked to the load busbars 10 of this ammeter 42.
  • This ammeter 42 can either laterally on the converter base unit 4 or on a freely accessible side wall 30 of a converter accessory device 6 inserted who ⁇ .
  • the current transformers 44 can be designed for the load current and not a fraction of this load current.
  • Fig. 3 shows an equivalent circuit diagram of the modular Umrich ⁇ tersystems 2 of FIG. 1 with a second Thode Strommessme-.
  • the inverter base unit 4 has at least one current transformer 50, which are arranged in the output lines of the converter of this converter device 4.
  • the output of each current transformer 50 of the inverter base unit 4 is connected by means of the ground communication line 12 with each converter accessory 6.
  • the inverter output current of the basic converter device 4 is each additional converter device 6 transmits as the current nominal value ⁇ Isoii.
  • a load 20 need not be linked to the modular converter system 2 at a predetermined location.
  • the load 20 can 6 of this converter device assembly are connected to the basic converter device 4 or with a freely at accessible surfaces ⁇ additional converter device.
  • the inverter base unit 4 is operated as a controllabledersquel ⁇ le and each converter accessory 6 as a controllable power source. That is, the inverter base unit 4 is used as a commercially available converter, Woge ⁇ gen the inverter accessories 6, which are each also a controllable voltage source, are used as power sources.
  • FIG. 4 shows a realization of a controllable current source by means of a controllable voltage source 52 in more detail.
  • This controlled voltage source 52 is connected upstream of a throttle 54.
  • a current transformer 56 an output current of the controlled voltage source 52 is measured and as current actual value of a current control, consisting of ei ⁇ nem current regulator 58 and a comparator 60, respectively.
  • the output current of the converter of the converter base unit 4 is supplied as a current setpoint to each converter accessory 6.
  • This current setpoint reached by means of a guide ⁇ size shaper 62, for example a filter, for the non-inverting input of the comparator 60 of the current control.
  • the current control of each converter accessory 6 has high dynamics and on the other hand, the inductor 54 can be kept small, it is expedient that the pulse frequency of the controlled voltage ⁇ source 52 is selected as high as possible.
  • the turn-off semiconductor switches of the controlled voltage source 52 are more heavily loaded. Therefore, it is very advantageous if these turn-off semiconductor switches are made of silicon carbide. Due to the high pulse frequency is also achieved that the control dynamics of each Um ⁇ judge accessory 6 is large, so that the inverter accessories 6 can each follow the inverter base unit 4 quickly and only with a low phase lag.
  • FIG. 5 shows a first embodiment of a device 64 for determining the number of pulses in the modular converter.
  • System 2 inserted converter accessories 6 shown in more detail.
  • This device 64 consists on the one hand of a constant current source 66 with a voltage divider 68 and paralle ⁇ len load resistors 70.
  • This constant current source 66 with the voltage divider 68 is in the inverter base unit 4 angeord ⁇ net, whereas each a load resistor 70 in a Umrich ⁇ ter additional device 6 is arranged.
  • the connection point 72 of the two resistors 74 and 76 of the voltage divider 68 is connected to the control terminal of a transistor 78 of the constant current source 66.
  • each Umrich ⁇ ter accessory 6 also has two lines 80 and 82, which are ver ⁇ see each with a male and female part .
  • At the collector resistor 84 of the constant current source 66 drops a voltage U N , which is proportional to the number of inserted converter accessories 6.
  • FIG. 6 shows a second embodiment of the device 64 for determining the number of converter accessories 6 inserted in the modular converter system 2. This second embodiment differs from the embodiment according to FIG. 6
  • each load resistor 70, a switch 86 is associated.
  • a load resistor 70 and an associated switch 86 are electrically connected in series.
  • FIG. 7 shows an equivalent circuit diagram of an inverter 88 of a converter basic unit 4.
  • this replacement Circuit diagram are 90 with a load-side converter of the inverter 88, with 92 a pulse modulator, with 94 and 96 each a vector rotator, with 98 a current control and with 100 and 102, a flow control and a speed control.
  • the load-side converter 90 On the DC voltage side is the load-side converter 90 to a DC voltage U D c, which is supplied by a not shown Darge ⁇ set DC voltage source.
  • This DC voltage source ⁇ consists for example of a Diodenein ⁇ supply (rectifier) and a capacitor-voltage intermediate circuit having at least one capacitor, in particular an electrolyte ⁇ .
  • Such a converter 88 is also referred to as a voltage source inverter.
  • the DC voltage U D c is supplied to the pulse modulator 92.
  • pulse width modulated signals are available, from which 90 drive signals are then generated for the turn-off semiconductor switch of the load-side converter.
  • this load-side converter 90 has a drive device.
  • the flow control 100 and the Drehteilrege ⁇ ment 102 and the current control 98 form a so-called control gel device, which is a field-oriented control here.
  • the load-side power converter 90 has its output side Wenig ⁇ least two current transformers 104 on the output side by means of changes of the vector rotator 96 to a comparator 106 and 108 ⁇ are linked.
  • an output of a flow controller 110 of the flow control 100 is connected.
  • an output of a speed controller 112 of the speed control 102 is connected.
  • At the output terminals of the vector rotors 96 is in each case an orthogonal current component Idist and I qist , each with a
  • This equivalent circuit of the inverter 88 corresponds to that of a commercially available voltage source inverter with a field-oriented control. By means of this inverter 88, a voltage required for the load 20 is generated. Thus, this drive is turning 88 ver as a controlled voltage source ⁇ .
  • FIG. 8 shows an equivalent circuit diagram of an inverter 116 of an additional converter 6 in more detail.
  • 118 denotes a load-side converter, 120 a pulse modulator, 122 a two-size current controller, 124 a mains-side converter and 126 a DC link capacitor.
  • the outputs of this load-side converter 118 each have a throttle 114.
  • the two current transformers 104 are connected on the output side by means of a comparator 128 and 130 with the two-size current regulator 122, which is integrated, for example, a decoupling network, electrically conductive.
  • each a current setpoint I Rso ii and I Ts oii which are provided by ⁇ means of a communication line 12 from the inverter base unit 4.
  • a detected phase current difference value is supplied to the two sizes of current regulator 122, the resulting two components U a and U b a manipulated variable gene ⁇ riert.
  • These components U a and U b of this manipulated variable are fed to the pulse modulator 120, from which pulse width modulated control signals are generated as a function of a DC voltage U D c, which is connected to the intermediate circuit capacitor 126.
  • the network-side converter 124 which is a rectifier here, can also be designed to be regenerative.
  • a so-called Active Front End (AFE) or a so-called Fundamental Frequency Front End (F 3 E) can be used as a regenerative network-side power converter 124.
  • the three chokes 114 can also be replaced by a sine filter.
  • these chokes 114 prevent short circuits between the converter devices 4 and 6 and also ensure a certain control range of the control.
  • the magnitude of these chokes 114 is essentially determined by the pulse frequency of the controlled voltage source influenced since they have to rule store the energy from the voltage time area differences between inverter basic unit 4 and additional converter device 6, or between two additional converter devices 6 of the converter device assembly Zvi ⁇ .
  • the inverter accessories 6 for the converters 116 must be as high as possible. So that the switching losses of the load-side converter 118 do not become too high, it is advantageous if the switch-off semiconductor switches 132 of this load-side converter 118 are made of silicon carbide (SiC). A high pulse rate is also ER- sufficient that the control dynamics of the power converter accessories 6 is large, whereby additional units inverters can gen 6 the Umrich ⁇ ter basic unit 4 quickly and with little phase lag fol ⁇ this.
  • a converter of each converter accessory 6 can be used ⁇ place of a voltage source inverter 116, a power source inverter, which is a controlled current source.
  • a voltage-source converter is used as inverter of each additional converter device 116, it may also according to the by a dash-dot line 134 framed part of the clamping ⁇ voltage intermediate-circuit converter 88 of Fig. 7 with a field ⁇ oriented control be constructed.
  • a required power output by means of a basic converter device 4 of at least one additional converter device comprises 6 ge available ⁇ , any arbitrarily required power output can be provided individually by the addition or removal of inverter accessories 6. Since these Umrich ⁇ teraus 4 and 6 of this modular inverter-unit network and load busbars 8 and 10 included, which are pluggable, eliminates the addition of additional inverter accessories 6 an extension of these rail systems 8 and 10. With the insertion of another Inverter accessory 6 to an existing inverter equipment association, these rail systems 8 and 10 expand automatically.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein modulares Umrichtersystem (2). Erfindungsgemäß weist das modulare Umrichtersystem (2) ein Umrichter-Grundgerät (4) und wenigstens ein Umrichter-Zusatzgerät (6) auf, wobei diese Geräte (4, 6) untereinander mittels ihrer Netz- und Last-Stromschienen (8, 10) und mittels einer Kommunikationsleitung (12) seitlich steckbar sind. Somit erhält man ein modulares Umrichtersystem (2), das individuell ohne großen Aufwand auf jede beliebige geforderte Leistungsabgabe abgestimmt werden kann.

Description

Beschreibung
UMRICHTERSYSTEM BESTEHEND AUS ZUSAMMENSTECKBAREN UMRICHTERMODULEN
Die Erfindung bezieht sich auf ein modulares Umrichtersystem.
Aus der EP 0 600 635 A2 ist ein Umrichtersystem bekannt, das zwei parallel geschaltete lastseitige Stromrichter aufweist, die gleichspannungsseitig mittels eines Gleichspannungszwi- schenkreises elektrisch leitend verbunden sind. Wechselspan- nungsseitig sind diese lastseitigen Stromrichter jeweils mit¬ tels einer Drossel miteinander verbunden, an deren Mittelabgriffen eine Last angeschlossen ist. Zur Steuerung dieser beiden elektrisch parallel geschalteten lastseitigen Strom- richter werden pulsweitenmodulierte Signale generiert. Dazu werden zwei dreieckförmige Trägersignale mit einem dreiphasi¬ gen sinusförmigen Signalsystem verglichen. Diese beiden drei- eckförmigen Trägersignale weisen eine Phasenverschiebung zueinander von 180° el. auf. Die drei sinusförmigen Signale weisen jeweils eine Phasenverschiebung von 90° el. zu einem Trägersignal auf. Eine Leistung, die von einer angeschlosse¬ nen Last benötigt wird, muss vom netzseitigen Stromrichter zunächst im Spannungszwischenkreis zur Verfügung gestellt werden. Diese Leistung teilt sich dann auf die beiden paral- IeI geschalteten lastseitigen Stromrichter auf. Gegenüber einem Umrichtersystem mit nur einem lastseitigen Stromrichter halbiert sich der Strom für jeden dieser beiden Stromrichter. Außerdem werden mit den generierten pulsweitenmodulierten Signalen für die beiden parallel geschalteten lastseitigen Stromrichter die Oberwellen in der Lastspannung minimiert.
Bei der Parallelschaltung von Wechselrichterzweigpaaren paralleler Wechselrichter entstehen durch die verschiedenen Schaltzeiten der steuerbaren Halbleiterschalter dieser Wech- selrichterzweigpaare zusätzliche Belastungen durch Ausgleich¬ ströme, die die speisende Gleichspannungsquelle durch die gleichsinnig gesteuerten Wechselrichterzweige treibt. Diese unsymmetrische Aufteilung der Ströme müssen möglichst vermie¬ den werden.
In der DE 42 23 804 Al ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer m-pulsigen Wechselrichteranordnung, bestehend aus einem Master-Wechselrichter und wenigstens einem Slave-Wechselrichter, angegeben. Dabei werden aus ermittelten Phasenstrom-Istwerten des Master-Wechselrichters und eines Slave-Wechselrichters und aus Steuersignalen des Wechselrich- tersteuersatzes Master- und Slave-Steuersignale erzeugt. In Abhängigkeit einer ermittelten Phasenstrom-Istdifferenz werden die Einschaltflanken der Steuersignale des Wechselrichtersteuersatzes zeitlich verschoben, wobei die Ausschaltflanken unverzögert übernommen werden. In Abhängigkeit des Vor- Zeichens der ermittelten Phasenstrom-Istdifferenz werden diese verzögerten Steuersignale dem Master- bzw. dem Slave- Wechselrichter zugeführt, wobei jedem anderen Wechselrichter die Steuersignale des Wechselrichtersteuersatzes zugeführt werden. Somit wird die Aufteilung der Phasenströme symmet- riert.
Neben der Minimierung der Oberwelle im Laststrom einer Last werden Wechselrichter auch parallel geschaltet, um eine höhe¬ re Leistung zu generieren, bei gleichzeitiger Verringerung der Phasenströme eines jeden Wechselrichters. Bei einem sol¬ chen Umrichtersystem werden die parallelen Wechselrichter aus einer Gleichspannungsquelle gespeist. Das heißt, dass diese Gleichspannungsquelle, bestehend aus wenigstens einem unge¬ steuerten Gleichrichter und einem Zwischenkreiskondensator, für die geforderte Ausgangsleistung bemessen werden müssen. Durch die Parallelschaltung der Wechselrichter wird die Strombelastung eines jeden Wechselrichters und damit seiner abschaltbaren Halbleiterbauelemente reduziert.
Bei diesem bekannten Umrichtersystem ist eine individuelle Leistungsanpassung nicht möglich. Durch das Hinzufügen von weiteren Wechselrichtern kann theoretisch die Ausgangsleistung erhöht werden, ohne dass sich die Strombelastung eines jeden Wechselrichters wesentlich erhöht. Aber die erhöhte ge¬ forderte Leistung muss von der Gleichspannungsquelle bereit¬ gestellt werden. Das heißt, mit einer Erhöhung einer Leis¬ tungsanforderung muss ebenfalls die Gleichspannungsquelle an diese höhere Leistungsanforderung angepasst werden. Auch auf der Wechselrichterseite ist es mit dem Parallelschalten eines weiteren Wechselrichters nicht getan. Die Steuervorrichtung muss ebenfalls auf die geänderte Wechselrichteranordnung ab¬ geändert werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Umrichtersystem anzugeben, bei dem eine modulare Leistungssteigerung ohne großen Aufwand möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An¬ spruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass jedes Umrichtergerät des erfindungsgemäßen Umrichtersystems Netz- und Last-Schienen und eine Kommutie- rungsleitung aufweist, die steckbar ausgeführt sind, können nun diese Umrichtergeräte aneinander gereiht werden. Bei der Aneinanderreihung wird ein Umrichtergerät seitlich an ein anderes Umrichtergerät gesteckt. Diese Umrichtergeräte können dabei in einem Schaltschrank direkt mit dessen Rückwand lös- bar befestigt werden oder auf einer Halteschiene aufge¬ schnappt werden.
Bei diesem erfindungsgemäßen Umrichtersystem bildet ein erstes Umrichtergerät ein Umrichter-Grundgerät, wobei die weite- ren Umrichtergeräte jeweils ein Umrichter-Zusatzgerät bilden. Das Umrichter-Grundgerät sorgt für die Definition und die Er¬ zeugung einer Lastspannung, wogegen die Umrichter-Zusatzgeräte jeweils einen zusätzlichen Strom liefern.
In Abhängigkeit einer geforderten Ausgangsleistung des erfindungsgemäßen Umrichtersystems werden ein Umrichter-Grundgerät und eine vorbestimmte Anzahl von Umrichter-Zusatzgeräten zu einem Umrichter-Geräteverband aneinander gesteckt. Dadurch erhält man ein modular aufgebautes Umrichtersystem, das individuell an eine geforderte Ausgangsleistung angepasst werden kann und das durchgehende Netz- und Last-Stromschienen und eine durchgehende Kommunikationsleitung aufweist. Dadurch kann bei diesem Umrichtersystem ein speisendes Netz entweder am Umrichter-Grundgerät oder an einem Umrichter-Zusatzgerät angeschlossen werden. Auch eine Last kann bei diesem Umrichtersystem am Umrichter-Grundgerät oder an einem zugänglichen Umrichter-Zusatzgerät angeschlossen werden.
Über die durchgeschliffene Kommunikationsleitung wird jedem Umrichter-Zusatzgerät ein Strom-Sollwert zugeführt. Wird beim Umrichtersystem ein Laststrom (Summenstrom) gemessen, so wird jedem Umrichter-Zusatzgerät der n-te Teil dieses gemessenen Laststromes als Strom-Sollwert zugeführt. Steht nur ein ge¬ messener Ausgangsstrom des Umrichter-Grundgerätes zur Verfü¬ gung, wird dieser jedem Umrichter-Zusatzgerät als Strom-Soll¬ wert zugeführt. Um einen Summenstrom messen zu können, wird ein Strommessgerät benötigt, das Last-Stromschienen aufweist, wobei jede vorhandene Last-Stromschiene mit einem Stromwand¬ ler versehen ist. Außerdem müssen die Ausgänge dieser Stromwandler mit einer Rechenvorrichtung verknüpft sein, dessen Ausgang mit einer Kommunikationsleitung verbunden ist. Wird als Umrichter-Grundgerät ein im Handel erhältliches Umrich- tergerät verwendet, so enthält dieses bereits Stromwandler zur Ermittlung von Umrichter-Phasenausgangsströmen.
Damit das Umrichter-Grundgerät seinen Anteil zum Gesamtstrom liefern kann, ist es vorteilhaft, wenn das Umrichter-Grund- gerät selbstständig die Anzahl der Umrichter-Zusatzgeräte feststellen kann. Dazu weist das Umrichter-Grundgerät eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Anzahl angeschlossener Umrichter-Zusatzgeräte auf, deren beiden Ausgangs-Anschlüsse durch die Umrichter-Zusatzgeräte durchgeschliffen sind. Jedes Umrichter-Zusatzgerät weist einen Widerstand auf, der bei
Stecken des Umrichter-Zusatzgerätes mit den durchgeschliffe¬ nen Ausgangs-Anschlüssen der Vorrichtung des Umrichter-Grundgerätes elektrisch leitend verbunden wird. Durch das An- schließen wenigstens eines Widerstandes (Umrichter-Zusatz¬ gerät) erzeugt die Vorrichtung des Umrichter-Grundgerätes ei¬ ne der Anzahl der angeschlossenen Umrichter-Zusatzgeräte pro¬ portionale Spannung.
Ist dieser Widerstand in jedem Umrichter-Zusatzgerät mittels eines Schalters schaltbar ausgeführt, besteht nun die Mög¬ lichkeit, dass sich ein Umrichter-Zusatzgerät selbsttätig, beispielsweise im Fehlerfall, aus diesem Geräte-Verband ab- melden kann. Dadurch ist ein Redundanzbetrieb mit Fehlerrückmeldung möglich.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des modularen Umrichtersystems sind die Umrichter-Grund- und Zusatzgeräte jeweils rückspeisefähig ausgebildet. Dadurch werden Überspannungen begrenzt, die durch temporäre Kreisströme bei Lastwechseln entstehen können.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen modularen Umrichtersystems schematisch veranschaulicht ist .
Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines modularen Umrich- tersystems nach der Erfindung, in der
Fig. 2 ist ein Ersatzschaltbild des modularen Umrichtersystems nach Fig. 1 mit einer ersten Strommessme¬ thode dargestellt, wobei die
Fig. 3 ein Ersatzschaltbild eines modularen Umrichter- Systems nach Fig. 1 mit einer zweiten Strommessme¬ thode zeigt, die Fig. 4 zeigt eine Realisierung einer Stromquelle mittels einer steuerbaren Spannungsquelle, die
Fig. 5 zeigt eine erste Vorrichtung zur Ermittlung der An- zahl von gesteckten Umrichter-Zusatzgeräten beim modularen Umrichtersystem gemäß Fig. 1, wobei in der Fig. 6 eine zweite Vorrichtung zur Ermittlung der Anzahl von gesteckten Umrichter-Zusatzgeräten beim modula- ren Umrichtersystem gemäß Fig. 1 dargestellt ist, in der Fig. 7 ist ein Ersatzschaltbild eines Umrichter-Grund¬ gerätes dargestellt und die
Fig. 8 veranschaulicht ein Ersatzschaltbild eines Umrich¬ ter-Zusatzgerätes .
Gemäß dem Prinzipschaltbild nach Fig. 1 weist das modulare
Umrichtersystem 2 nach der Erfindung ein Umrichter-Grundgerät 4 und wenigstens ein Umrichter-Zusatzgerät 6 auf. Jedes Um¬ richtergerät 4 und 6 weist Netz- und Last-Stromschienen 8 und 10 und eine Kommunikationsleitung 12 auf. Da in der Fig. 1 eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen modu- laren Umrichtersystems 2 dargestellt ist, weist dieses Um¬ richter-Grundgerät 4 zwei Ausgangs-Anschlüsse 14 und 16 auf, die durch die gesteckten Umrichter-Zusatzgeräte 6 durchge¬ schliffen sind. In dieser Darstellung des modularen Umrich- tersystems 2 ist ein speisendes Netz 18 mit den Netz-Strom¬ schienen 8 des Umrichter-Grundgerätes 4 verknüpft. Außerdem ist eine Last 20 mit den Last-Stromschienen 10 des Umrichter- Grundgerätes 4 verknüpft. Ein Leistungsteil, eine Regelung und eine Steuerung eines Umrichters eines jeden Umrichterge- rätes 4 und 6 sind jeweils im Kasten 22 vereint und in dieser Darstellung nicht explizit dargestellt. Ein Ersatzschaltbild eines Umrichters des Umrichter-Grundgerätes 4 ist in der Fi¬ gur 7 dargestellt, wobei ein Ersatzschaltbild eines Umrich¬ ters eines Umrichter-Zusatzgerätes 6 der Figur 8 entnommen werden kann.
Damit diese Umrichtergeräte 4 und 6 mittels ihrer Netz- und Laststromschienen 8 und 10 seitwärts aneinander steckbar sind, weisen diese Stromschienen 8 und 10 jeweils einen Ste- cker- und einen Aufnahmeteil 24 und 26 auf. Diese Steckertei¬ le 24 der Stromschienen 8 und 10 sind durch Ausnehmungen 28 in einer ersten Seitenwand 30 eines jeden Umrichtergerätes 4 und 6 zugänglich. Die zugehörigen Aufnahmeteile 26 der Strom- schienen 8 und 10 ragen durch Ausnehmungen 32 einer zweiten Seitenwand 34 eines jeden Umrichtergerätes 4 und 6 heraus. Beim letzten Umrichter-Zusatzgerät 6 dieses modularen Umrich¬ ter-Geräteverbandes sind die Ausnehmungen 28 der Seitenwand 30 jeweils mittels eines Deckels 36 verschlossen. Wie diese Deckel 36 ausgeführt sind, hängt von dem geforderten Schutz¬ grad des modularen Umrichter-Geräteverbandes ab. Die Kommuni¬ kationsleitung 12 eines jeden Umrichtergerätes 4 und 6 ist an beiden Enden jeweils mit einem ersten Teil 38 und einem zwei- ten Teil 40 einer steckbaren Vorrichtung elektrisch leitend verbunden. Diese Teile 38 und 40 einer jeden steckbaren Vorrichtung sind jeweils in einer Seitenwand 34 und 30 zweier seitwärts aneinander gesteckter Umrichtergeräte 4 und 6 bzw. 6 und 6 angeordnet. Beim Zusammenstecken zweier Umrichterge- rate 4 und 6 bzw. 6 und 6 greifen diese Teile 38 und 40 einer steckbaren Vorrichtung ineinander.
Dadurch, dass jedes Umrichtergerät 4 und 6 Netz- und Last- Stromschienen 8 und 10 und eine Kommunikationsleitung 12 auf- weist, wachsen diese Stromschienen 8 und 10 und diese Kommu¬ nikationsleitung 12 automatisch weiter. Im zusammengesteckten Zustand eines Umrichter-Grundgerätes 4 mit wenigstens einem Umrichter-Zusatzgerät 6 erscheinen diese Stromschienen 8 und 10 und diese Kommunikationsleitung 12 als wären diese durch- geschliffen.
Die Fig. 2 zeigt ein Ersatzschaltbild des modularen Umrich¬ tersystems 2 nach Fig. 1 mit einer ersten Strommessmethode. In diesem Ersatzschaltbild sind das Umrichtergerät 4 durch eine steuerbare Spannungsquelle und die Umrichter-Zusatz¬ geräte 6 jeweils durch eine steuerbare Stromquelle darge¬ stellt. Von den Netz- und Last-Stromschienen 8 und 10 ist jeweils nur eine Stromschiene dargestellt. Außerdem weist die¬ ses Ersatzschaltbild ein Strommessgerät 42 auf, das Netz- und Last-Stromschienen 8 und 10 einen Stromwandler 44 pro vorhandener Last-Stromschiene 10 und eine Rechenvorrichtung 46 auf¬ weist. Ausgangsseitig ist diese Rechenvorrichtung 46 mit der durchgeschliffenen Kommunikationsleitung 12 elektrisch lei- tend verbunden. Dazu weist dieses Strommessgerät 42 eine Lei¬ tung 48 auf, die mit einem zweiten Teil 40 einer steckbaren Vorrichtung elektrisch leitend verbunden ist. Dieser zweite Teil 40 ist in einer Seitenwand dieses Strommessgerätes 42 derart angeordnet, dass im gesteckten Zustand dieser zweite Teil 40 in einen ersten Teil 38 des Umrichter-Grundgerätes 4 eingreift. Die Rechenvorrichtung 46 bildet aus den einzelnen Strom-Messgrößen einen Stromsummenwert. Dieser Stromsummenwert wird durch die Anzahl der im modularen Umrichtersystem 2 gesteckten Umrichter-Zusatzgeräte 6 geteilt. Dieser n-te Teil des ermittelten Stromsummenwertes wird mittels der Kommunika¬ tionsleitung 12 jedem Umrichter-Zusatzgerät 6 als Strom-Soll¬ wert Isoii zugeführt. Da bei der Messmethode ein zusätzliches Strommessgerät 42 verwendet wird, muss eine Last 20 mit den Last-Stromschienen 10 dieses Strommessgeräts 42 verknüpft werden. Dieses Strommessgerät 42 kann entweder seitlich am Umrichter-Grundgerät 4 oder aber an einer frei zugänglichen Seitenwand 30 eines Umrichter-Zusatzgerätes 6 gesteckt wer¬ den. Neben dem erhöhten Aufwand an Bauelementen die Strom- wandler 44 für den Laststrom und nicht einen Bruchteil dieses Laststromens ausgelegt sein.
Die Fig. 3 zeigt ein Ersatzschaltbild des modularen Umrich¬ tersystems 2 nach der Fig. 1 mit einer zweiten Strommessme- thode . Bei dieser Strommessmethode weist das Umrichter- Grundgerät 4 wenigstens einen Stromwandler 50 auf, die in den Ausgangsleitungen des Umrichters dieses Umrichtergerätes 4 angeordnet sind. Der Ausgang eines jeden Stromwandlers 50 des Umrichter-Grundgerätes 4 ist mittels der durchgeschliffenen Kommunikationsleitung 12 mit jedem Umrichter-Zusatzgerät 6 verbunden. Der Umrichter-Ausgangsstrom des Umrichter-Grundgerätes 4 wird jedem Umrichter-Zusatzgerät 6 als Strom-Soll¬ wert Isoii übermittelt. Bei dieser Messmethode muss eine Last 20 nicht an einer vorbestimmten Stelle mit dem modularen Um- richtersystem 2 verknüpft werden. Das heißt, die Last 20 kann mit dem Umrichter-Grundgerät 4 oder mit einem frei zugängli¬ chen Umrichter-Zusatzgerät 6 dieses Umrichter-Geräteverbandes verbunden werden. Diesen beiden Ersatzschaltbildern ist außerdem zu entnehmen, dass das Umrichter-Grundgerät 4 als steuerbare Spannungsquel¬ le und jedes Umrichter-Zusatzgerät 6 als steuerbare Strom- quelle betrieben wird. Das heißt, das Umrichter-Grundgerät 4 wird wie ein handelsübliches Umrichtergerät verwendet, woge¬ gen die Umrichter-Zusatzgeräte 6, die jeweils ebenfalls eine steuerbare Spannungsquelle sind, als Stromquellen verwendet werden .
In der Fig. 4 ist eine Realisierung einer steuerbaren Stromquelle mittels einer steuerbaren Spannungsquelle 52 näher dargestellt. Dieser gesteuerten Spannungsquelle 52 ist eine Drossel 54 vorgeschaltet. Mittels eines Stromwandlers 56 wird ein Ausgangsstrom der gesteuerten Spannungsquelle 52 gemessen und als Strom-Istwert einer Stromregelung, bestehend aus ei¬ nem Stromregler 58 und einem Vergleicher 60, zugeführt. Wie bereits erwähnt, wird der Ausgangsstrom des Umrichters des Umrichter-Grundgerätes 4 als Strom-Sollwert jedem Umrichter- Zusatzgerät 6 zugeführt. Dieser Strom-Sollwert gelangt mit¬ tels eines Führungsgrößenformer 62, beispielsweise einem Filter, zum nicht invertierenden Eingang des Vergleichers 60 der Stromregelung. Damit zum einen die Stromregelung jedes Umrichter-Zusatzgerätes 6 eine hohe Dynamik aufweist und zum anderen die Drossel 54 klein gehalten werden kann, ist es zweckmäßig, dass die Pulsfrequenz der gesteuerten Spannungs¬ quelle 52 möglichst hoch gewählt wird. Infolge einer hohen Pulsfrequenz werden die abschaltbaren Halbleiterschalter der gesteuerten Spannungsquelle 52 stärker belastet. Deshalb ist es sehr vorteilhaft, wenn diese abschaltbaren Halbleiterschalter aus Siliziumkarbid sind. Durch die hohe Pulsfrequenz wird zudem erreicht, dass die Regeldynamik eines jeden Um¬ richter-Zusatzgerätes 6 groß wird, wodurch die Umrichter- Zusatzgeräte 6 jeweils dem Umrichter-Grundgerät 4 schnell und nur mit geringem Phasennachlauf folgen können.
In der Fig. 5 ist eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 64 zur Ermittlung der Anzahl von im modularen Umrichter- System 2 gesteckten Umrichter-Zusatzgeräten 6 näher dargestellt. Diese Vorrichtung 64 besteht zum einen aus einer Konstantstromquelle 66 mit einem Spannungsteiler 68 und paralle¬ len Last-Widerständen 70. Diese Konstantstromquelle 66 mit dem Spannungsteiler 68 ist im Umrichter-Grundgerät 4 angeord¬ net, wogegen jeweils ein Last-Wider-stand 70 in einem Umrich¬ ter-Zusatzgerät 6 angeordnet ist. Der Verbindungspunkt 72 der beiden Widerstände 74 und 76 des Spannungsteilers 68 ist mit dem Steueranschluss eines Transistors 78 der Konstantstrom- quelle 66 angeschlossen. Der Emitter-Anschluss dieses Tran¬ sistors 78 bildet den einen Ausgangsanschluss 16, wogegen ein Anschluss des Widerstandes 74 des Spannungsteilers 68 den an¬ deren Ausgangsanschluss 14 bildet. Diese Ausgangsanschlüsse 14 und 16 sind mittels Leitungen 80 und 82 durch die Umrich- ter-Zusatzgeräte 6 durchgeschliffen. Das heißt, jedes Umrich¬ ter-Zusatzgerät 6 weist ebenfalls noch zwei Leitungen 80 und 82 auf, die jeweils mit einem Stecker- und Aufnahmeteil ver¬ sehen sind. Am Kollektorwiderstand 84 der Konstantstromquelle 66 fällt eine Spannung UN ab, die proportional zur Anzahl der gesteckten Umrichter-Zusatzgeräte 6 ist.
Die Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung 64 zur Ermittlung der Anzahl von im modularen Umrichtersystem 2 gesteckten Umrichter-Zusatzgeräten 6. Diese zweite Ausfüh- rungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß
Fig. 5 dadurch, dass jedem Last-Widerstand 70 ein Schalter 86 zugeordnet ist. Ein Last-Widerstand 70 und ein zugeordneter Schalter 86 sind elektrisch in Reihe geschaltet. Mittels die¬ sem Schalter 86 kann ein zugehöriges Umrichter-Zusatzgerät 6 sich aus diesem gesteckten Umrichter-Geräteverband abmelden, ohne dass es aus diesem Umrichter-Geräteverband physikalisch entfernt werden muss. Somit kann im Fehlerfall eines Umrich¬ ter-Zusatzgerätes 6 dieses sich selbsttätig aus dem Umrich¬ ter-Geräteverband abmelden, wodurch ein Redundanzbetrieb mit Fehlerrückmeldung möglich ist.
In der Fig. 7 ist ein Ersatzschaltbild eines Umrichters 88 eines Umrichter-Grundgerätes 4 dargestellt. In diesem Ersatz- Schaltbild sind mit 90 ein lastseitiger Stromrichter des Umrichters 88, mit 92 ein Pulsmodulator, mit 94 und 96 jeweils ein Vektordreher, mit 98 eine Stromregelung und mit 100 und 102 eine Flussregelung und eine Drehzahlregelung bezeichnet. Gleichspannungsseitig steht am lastseitigen Stromrichter 90 eine Gleichspannung UDc an, die von einer nicht näher darge¬ stellten Gleichspannungsquelle geliefert wird. Diese Gleich¬ spannungsquelle besteht beispielsweise aus einer Diodenein¬ speisung (Gleichrichter) und einem Spannungszwischenkreis mit wenigstens einem Kondensator, insbesondere einem Elektrolyt¬ kondensator. Ein derartiger Umrichter 88 wird auch als Spannungszwischenkreis-Umrichter bezeichnet. Die Gleichspannung UDc ist dem Pulsmodulator 92 zugeführt. An den Ausgängen des Pulsmodulators 92 stehen pulsweitenmodulierte Signale an, aus denen dann für die abschaltbaren Halbleiterschalter des lastseitigen Stromrichters 90 Ansteuersignale generiert werden. Dazu weist dieser lastseitige Stromrichter 90 eine Ansteuereinrichtung auf. Die Flussregelung 100 und die Drehzahlrege¬ lung 102 und die Stromregelung 98 bilden eine so genannte Re- geleinrichtung, die hier eine feldorientierte Regelung ist. Der lastseitige Stromrichter 90 weist ausgangsseitig wenigs¬ tens zwei Stromwandler 104 auf, die ausgangsseitig mittels des Vektordrehers 96 mit einem Vergleicher 106 und 108 ver¬ knüpft sind. Am nicht invertierenden Eingang des Vergleichers 106 ist ein Ausgang eines Flussreglers 110 der Flussregelung 100 angeschlossen. Am nicht invertierenden Eingang des Vergleichers 108 ist ein Ausgang eines Drehzahlreglers 112 der Drehzahlregelung 102 angeschlossen. An den Ausgangs-Anschlüssen des Vektordrehers 96 steht jeweils eine orthogonale Stromkomponente Idist und Iqist an, die jeweils mit einem
Stromkomponenten-Sollwert Idsoii und Iqsoii der Flussregelung 100 und der Drehzahlregelung 102 verglichen werden. Aus den ermittelten Stromkomponenten-Differenzwerten erzeugt die Stromregelung 98 zwei orthogonale Spannungskomponenten Udsoii und Uqsoii, aus denen mittels des Vektordrehers 94 drei Pha- senspannungs-Sollwerte UR, Us und U1 generiert werden. Damit diese Vektordreher 94 und 96 ihre Arbeit verrichten können, benötigen sie einen Drehwinkel γ . In diesem Ersatzschaltbild des Umrichters 88 sind die Ausgänge des lastseitigen Strom¬ richters 90 jeweils mit einer optionalen Drossel 114 verse¬ hen. Dieses Ersatzschaltbild des Umrichters 88 entspricht dem eines handelsüblichen Spannungszwischenkreis-Umrichters mit einer feldorientierten Regelung. Mittels diesem Umrichter 88 wird eine für die Last 20 benötigte Spannung generiert. Somit wird dieser Umrichter 88 als gesteuerte Spannungsquelle ver¬ wendet .
In der Fig. 8 ist ein Ersatzschaltbild eines Umrichters 116 eines Umrichter-Zusatzgerätes 6 näher dargestellt. In diesem Ersatzschaltbild sind mit 118 ein lastseitiger Stromrichter, mit 120 ein Pulsmodulator, mit 122 ein Zweigrößen-Stromregler, mit 124 ein netzseitiger Stromrichter und mit 126 ein Zwischenkreiskondensator bezeichnet. Die Ausgänge dieses lastseitigen Umrichters 118 weisen jeweils eine Drossel 114 auf. Die beiden Stromwandler 104 sind ausgangsseitig jeweils mittels eines Vergleichers 128 und 130 mit dem Zweigrößen- Stromregler 122, dem beispielsweise ein Entkopplungsnetzwerk integriert ist, elektrisch leitend verbunden. An den nicht invertierenden Eingängen der beiden Vergleicher 128 und 130 steht jeweils ein Strom-Sollwert IRsoii und ITsoii an, die mit¬ tels einer Kommunikationsleitung 12 vom Umrichter-Grundgerät 4 bereitgestellt werden. Jeweils ein ermittelter Phasenstrom- Differenzwert wird dem Zweigrößen-Stromregler 122 zugeführt, der daraus zwei Komponenten Ua und Ub einer Stellgröße gene¬ riert. Diese Komponenten Ua und Ub dieser Stellgröße wird dem Pulsmodulator 120 zugeführt, aus der in Abhängigkeit einer Gleichspannung UDc, die am Zwischenkreiskondensator 126 an- steht, pulsweitenmodulierte Steuersignale generiert werden. Der netzseitige Stromrichter 124, der hier ein Gleichrichter ist, kann auch rückspeisefähig ausgeführt sein. Als rückspeisefähiger netzseitiger Stromrichter 124 kann ein so genanntes Active Front End (AFE) oder ein so genanntes Fundamental Fre- quency Front End (F3E) verwendet werden. Die drei Drosseln 114 können auch durch ein Sinusfilter ersetzt werden. Damit diese gesteuerte Spannungsquelle eine Stromquelle wird, müssen diese Drosseln 114 gemäß der Fig. 4 vorhanden sein. Diese Drosseln 114 verhindern zum einen Kurzschlüsse zwischen den Umrichtergeräten 4 und 6 und sorgen zudem für einen ge- wissen Stellbereich der Regelung. Die Größe dieser Drosseln 114 wird im Wesentlichen durch die Pulsfrequenz der gesteuerten Spannungsquelle mitbestimmt, da sie die Energie aus den Spannungszeitflächenunterschieden zwischen Umrichter- Grundgerät 4 und Umrichter-Zusatzgerät 6 oder zwischen zwei Umrichter-Zusatzgeräten 6 des Umrichter-Geräteverbandes Zwi¬ schenspeichern müssen. Da beim erfindungsgemäßen Umrichtersystem 2 die Pulsfrequenz der Umrichter 88 und 116 aller Umrichtergeräte 4 und 6 nicht synchronisiert sind, ist für die Umrichter 116 der Umrichter-Zusatzgeräte 6 eine möglichst ho- he Schaltfrequenz zu wählen. Damit die Schaltverluste des lastseitigen Stromrichters 118 nicht zu hoch werden, ist es vorteilhaft, wenn die abschaltbaren Halbleiterschalter 132 dieses lastseitigen Stromrichters 118 aus Siliziumkarbid (SiC) sind. Durch eine hohe Pulsfrequenz wird außerdem er- reicht, dass die Regeldynamik der Stromrichter-Zusatzgeräte 6 groß wird, wodurch diese Umrichter-Zusatzgeräte 6 dem Umrich¬ ter-Grundgerät 4 schnell und mit geringem Phasennachlauf fol¬ gen können.
Als Umrichter eines jeden Umrichter-Zusatzgerätes 6 kann an¬ stelle eines Spannungszwischenkreis-Umrichters 116 auch ein Stromzwischenkreis-Umrichter verwendet werden, der eine gesteuerte Stromquelle ist. Wird jeweils als Umrichter eines jeden Umrichter-Zusatzgerätes 6 ein Spannungszwischenkreis- Umrichter 116 verwendet, so kann dieser auch entsprechend dem durch eine Strich-Punkt-Linie 134 eingerahmten Teil des Span¬ nungszwischenkreis-Umrichters 88 der Fig. 7 mit einer feld¬ orientierten Regelung aufgebaut sein.
Da bei diesem modularen Umrichtersystem 2 eine geforderte Leistungsabgabe mittels eines Umrichter-Grundgerätes 4 von wenigstens einem Umrichter-Zusatzgerät 6 zur Verfügung ge¬ stellt wird, kann jede beliebig geforderte Leistungsabgabe durch das Hinzufügen oder Wegnehmen von Umrichter-Zusatzgeräten 6 individuell bereitgestellt werden. Da diese Umrich¬ tergeräte 4 und 6 dieses modularen Umrichter-Geräteverbandes Netz- und Last-Stromschienen 8 und 10 enthalten, die steckbar ausgeführt sind, entfällt beim Hinzufügen weiterer Umrichter- Zusatzgeräte 6 eine Verlängerung dieser Schienensysteme 8 und 10. Mit dem Stecken eines weiteren Umrichter-Zusatzgerätes 6 an einen bestehenden Umrichter-Geräteverband erweitern sich diese Schienensysteme 8 und 10 selbsttätig.

Claims

Patentansprüche
1. Modulares Umrichtersystem (2) mit einem Umrichter- Grundgerät (4) und wenigstens einem Umrichter-Zusatzgerät (6), wobei diese Geräte (4, 6) untereinander mittels ihrer
Netz- und Last-Stromschienen (8, 10) und mittels ihrer Kommunikationsleitung (12) seitlich steckbar sind.
2. Modulares Umrichtersystem (2) nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Umrichter-Grundgerät (4) eine Vorrich¬ tung (64) zur Ermittlung einer Anzahl angeschlossener Umrichter-Zusatzgeräte (6) aufweist, an deren beiden Ausgangs- Anschlüssen (14, 16) jedes angeschlossene Umrichter-Zusatzgerät (6) ein Last-Widerstand (70) angeschlossen ist.
3. Modulares Umrichtersystem (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strommessgerät (46) vorgesehen ist, das Last-Stromschienen (10) mit jeweils einem Stromwand¬ ler aufweist, die ausgangsseitig mittels einer Recheneinrich- tung (46) mit einer Kommunikationsleitung (12) verbunden ist.
4. Modulares Umrichtersystem (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Netz- und Last- Stromschiene (8, 10) einen Steck- und Aufnahmeteil (24, 26) aufweisen.
5. Modulares Umrichtersystem (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umrichter-Grund¬ gerät (4) und die Umrichter-Zusatzgeräte (6) jeweils rück- speisefähig ausgeführt sind.
6. Modulares Umrichtersystem (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckteile (24) der Netz- und Last-Stromschienen (8, 10) eines jeden Gerätes (4, 6) durch Ausnehmung (28) einer ersten Seitenwand (30) eines jeden Gerätes (4, 6) zugänglich sind.
7. Modulares Umrichtersystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeteile (26) der Netz- und Last-Stromschienen (8, 10) eines jeden Gerätes
(4, 6) durch Ausnehmung (32) einer zweiten Seitenwand (34) eines jeden Gerätes (4, 6) aus diesem Gerät (4, 6) herausra¬ gen .
8. Modulares Umrichtersystem (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Kommu- nikationsleitung (12) eines jeden Gerätes (4, 6) mit einem ersten Teil (38) und einem zweiten Teil (40) einer steckbaren Vorrichtung elektrisch leitend verbunden sind und dass diese Teile (38, 40) der steckbaren Vorrichtung jeweils in einer Ausnehmung einer Seitenwand (34, 30) eines jeden Gerätes (4, 6) angeordnet sind.
9. Modulares Umrichtersystem (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Umrichter- Zusatzgerät (6) ein n-ter Teil eines ermittelten Stromsummen- wertes des Strommessgerätes (46) als Strom-Sollwert (Isoii) zugeführt ist.
10. Modulares Umrichtersystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Umrichter-Zusatz- gerät (6) ein gemessener Ausgangsstrom des Umrichter-Grund¬ gerätes (4) als Strom-Sollwert (Isoii) zugeführt wird.
11. Modulares Umrichtersystem (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Last-Widerstand (70) eines jeden Um- richter-Zusatzgerätes (6) mit einem Schalter (86) elektrisch in Reihe geschaltet ist.
12. Modulares Umrichtergerät (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Umrichter-Grund- gerät (4) ein Spannungszwischenkreis-Umrichter vorgesehen ist .
13. Modulares Umrichtergerät (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Umrichter- Zusatzgerät (6) ein Stromzwischenkreis-Umrichter vorgesehen ist .
14. Modulares Umrichtersystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Umrichter-Zusatzgerät (6) ein Spannungszwischenkreis-Umrichter vorgesehen ist, dessen Ausgänge jeweils mit einer Drossel (114) versehen sind.
15. Modulares Umrichtersystem (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrichter-Zusatz¬ geräte (6) jeweils unabhängig voneinander mit einer hohen Pulsfrequenz getaktet werden können.
16. Modulares Umrichtersystem (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umrichter-Zusatz¬ gerät (6) abschaltbare Halbleiterschalter (132) aus Silizium- karbid aufweist.
17. Modulares Umrichtersystem (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als netzseitiger Stromrichter (124) der Umrichter-Geräte (4, 6) jeweils ein Active Front End vorgese- hen ist.
18. Modulares Umrichtersystem (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als netzseitiger Stromrichter (124) der Umrichter-Geräte (4, 6) jeweils ein Fundamental Frequency Front End vorgesehen ist.
19. Modulares Umrichtersystem (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Last (20) an den Last-Stromschienen (10) des Strommessgerätes (46) angeschlos- sen ist.
20. Modulares Umrichtersystem (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Last (20) an den Last-Stromschienen (10) des Umrichter-Grundgerätes (4) ange¬ schlossen ist.
21. Modulares Umrichtersystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Last (20) an den Last-Stromschienen (10) eines Umrichter-Zusatzgerätes (6) an¬ geschlossen ist.
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