EP4523321A1 - Steuerverfahren für einen modularen bremssteller - Google Patents

Steuerverfahren für einen modularen bremssteller

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Publication number
EP4523321A1
EP4523321A1 EP23739152.9A EP23739152A EP4523321A1 EP 4523321 A1 EP4523321 A1 EP 4523321A1 EP 23739152 A EP23739152 A EP 23739152A EP 4523321 A1 EP4523321 A1 EP 4523321A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
modular
brake actuator
voltage
modular brake
submodules
Prior art date
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Pending
Application number
EP23739152.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Viktor HOFMANN
Patrick Hofstetter
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.)
Innomotics GmbH
Original Assignee
Innomotics 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 Innomotics GmbH filed Critical Innomotics GmbH
Publication of EP4523321A1 publication Critical patent/EP4523321A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • 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
    • H02P3/00—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
    • H02P3/06—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
    • H02P3/18—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an AC motor
    • H—ELECTRICITY
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    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
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    • H02P3/18—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an AC motor
    • H02P3/22—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an AC motor by short-circuit or resistive braking
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices

Definitions

  • a modular multilevel power converter is known from DE 10103 031 A1.
  • This power converter also known as M2C or MMC, has a converter topology that is particularly suitable for medium and high-voltage applications due to its structure with submodules.
  • the basic structure of the multi-phase converter includes two converter arms per phase, each of which has a series connection of submodules. The two converter arms are connected to each other at the phase connection. The other side of the converter arms is connected to the DC voltage side.
  • the AC voltage side of the modular multilevel power converter is formed by one or more phase connections. In its basic structure, the converter can be used to transfer energy bidirectionally between the DC voltage side and the AC voltage side or to temporarily store it to a certain extent.
  • the method for operating the modular brake actuator enables the power to be converted into heat to be precisely controlled or regulated. The heat then results from the time integral of the power. The method ensures that not the entire intermediate circuit voltage drops during energy conversion at the braking resistor. The advantage is being able to regulate the power to be converted into heat. At the same time, the energy content of the capacitor or capacitors of the at least one submodule or submodules is regulated.
  • a voltage is generated across the at least one submodule or, if several submodules are arranged in a further series connection, across the further series connection of the submodules.
  • a direct component of the voltage is provided for controlling or regulating the power to be converted into heat.
  • an alternating component is superimposed on the direct component. The superimposition of the constant component and the alternating component results in a block-shaped course of the voltage. The block-shaped course in turn requires that the voltages across the further series connection can be changed as quickly as desired. This leads to an infinite voltage gradient. Since these voltages cause corresponding currents, it has proven to be advantageous to limit the rate of change of the voltage change.
  • the modular brake actuator is then also suitable for brake actuators that have an inductance, for example as a parasitic inductance of the braking resistor.
  • the block-shaped voltage then becomes a trapezoidal voltage. It has proven to be advantageous that high energy can be exchanged with the block-shaped or trapezoidal voltage with comparatively low amplitudes of voltage across the further series connection of the submodules and from the current flowing through the modular brake actuator, since the energy results from the time integral of the current or from the integral of the square of the current. This means that high performance can be achieved.
  • This high performance refers to the power to be converted into heat as well as to the cable used to stabilize the submodules.
  • the semiconductor switches of the submodules can be designed for a lower current load.
  • the modular brake actuator it is possible to use the modular brake actuator to convert higher power into heat.
  • the block-shaped or trapezoidal voltage can be generated in a simple manner by a control device that controls the semiconductor switches of the submodule or submodules of the further series connection.
  • the modular brake actuator with the modular multilevel power converter, also known as an M2C power converter, to form a modular drive unit.
  • Identical submodules can be used for the modular multilevel power converter as well as for the modular brake actuator.
  • the same hardware can also be used to control the submodules. Due to the modular structure of both the power converter and the modular brake actuator, the modular drive unit can be easily adapted to a required power requirement by selecting an appropriate number of submodules in the power converter and the modular brake actuator. Due to the identical design of the submodules in the modular brake actuator and multilevel power converter, a high proportion of identical parts can be achieved. This has a positive effect on the reliability and manufacturing costs of such a drive unit.
  • the modular brake actuator can be connected to the DC voltage side of power converters with any design and is not limited to use with a modular multilevel power converter.
  • the block-shaped or trapezoidal voltage has an alternating portion that is dimensioned in such a way that the electrical energy absorbed over time by the modular brake actuator is converted into heat in the braking resistor.
  • the alternating portion can be used to influence the capacitor voltages of the submodules and to stabilize the modular brake actuator.
  • the alternating portion of the voltage causes a further alternating portion of the current through the modular brake actuator by means of a corresponding voltage drop across the braking resistor.
  • Both the alternating component and the further alternating component have an average value of zero, so that only reactive power is exchanged with the further alternating component of the current and the intermediate circuit voltage or the voltage across the modular brake actuator. It has been shown in an advantageous manner that this portion can be used to exchange energy between the capacitors of the submodules and the resistor.
  • the energy exchange is advantageously controlled or regulated in such a way that the entire active power is converted into heat via the resistance.
  • the electrical energy absorbed over time by the modular brake actuator is converted into heat in the braking resistor.
  • the connection results where the current i BR through the braking resistor is composed of the direct component i BR,DC and the alternating component i BR,aDC according to ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ , ⁇ (3). . If you insert equation (3) into equation (2), the resulting equation can be solved for i BR,aDC .
  • the block-shaped or trapezoidal form of stress can be taken into account.
  • a current can be generated by the modular brake actuator, which also has a further direct component.
  • This direct component flows through the modular brake actuator and thus also the braking resistor.
  • the current flowing through the braking resistor generates electrical losses. These are used to specifically convert electrical energy into heat.
  • the amount of power to be converted into heat i.e. energy per unit of time, can be controlled or regulated by the level of the direct component of the voltage, since this directly affects the voltage that drops across the resistor and, in turn, the further direct component of the current through the modular brake - steller results. It has therefore proven to be advantageous to control or regulate the direct component depending on the power to be converted into heat.
  • a possible method for operating an electric drive unit with a modular power converter and a proposed modular brake actuator regulates or controls the direct component of the voltage across the further series connection of the submodules of the modular brake actuator depending on the voltage of the capacitor or capacitors of the sub-modules. modules of the modular multilevel power converter.
  • the current i BR also flows through the braking resistor 3 and causes the conversion of electrical energy into heat.
  • the operating voltage U D is present across the modular brake actuator 1. If the modular brake actuator 1 is connected to the intermediate circuit of a power converter, the intermediate circuit voltage is present at the modular brake actuator. In this case it is said that the modular brake actuator 1 is connected to the DC voltage side of the power converter.
  • Figures 2 to 4 show exemplary embodiments of submodules 2. All known submodules, in particular the submodules of Figures 2 to 4, are suitable for carrying out the proposed method. To avoid repetition, reference is made to the description of FIG. 1 and the reference numbers introduced there.
  • the illustrated embodiments of the submodules 2 include at least two semiconductor switches and at least one capacitor.
  • An output voltage U sub can be generated at the connections of submodule 2.
  • a control device 10 transmits the control signals to the semiconductor switches of the submodule 2.
  • the control device 10 is preferably arranged outside the submodule 2 and is therefore not part of the submodule. Rather, it has proven to be advantageous to control all submodules 2 of the modular brake actuator 1 with one control device 10.
  • the control device 10 can carry out the calculations required for the control and regulation of the voltages and currents. The control device 10 can thus determine the required current through the modular brake actuator i BR from the predetermined value of the power to be converted into heat.
  • the output voltage U sub can be generated from zero, one of the capacitor voltages U C1,sub , U C2,sub or the sum of the capacitor voltages U C1,sub , U C2,sub at the connections of the submodule 2 .
  • 4 shows a so-called full bridge module. This has four semiconductor switches and a capacitor. At the The voltage U C,sub is present on the capacitor. The output voltage U sub of zero, the positive or the negative capacitor voltage ⁇ U C,sub can be generated at the connections of the submodule 2 by switching actions of the semiconductor switches. 5 shows the time profile of the voltage u BR across the submodules 2 of the further series connection 41 for the proposed method. To avoid repetition, reference is made to the description of FIGS.
  • FIG. 6 shows an example of the current curve i BR through the modular brake actuator 1 resulting from the voltage curve in FIG. 5.
  • the voltage u BR results in a voltage across the braking resistor 3, which produces a current i BR with a further direct component i BR,DC and another alternating component i BR,aDC .
  • this direct component or alternating component of the current is referred to as a further direct component or further alternating component.
  • FIG. 7 shows the course of the voltage u BR on the further series connection 41 of the submodules 2 of the modular brake actuator 1 for an application in the medium-voltage range.
  • the medium voltage range starts at a voltage of 1000 V, also referred to as 1 kV.
  • An alternating component u BR ,aDC is superimposed on the direct component u BR,DC shown in such a way that the voltage curve of the voltage u BR results.
  • FIGS. 7 and 8 show the associated course of the current i BR through the modular brake actuator with its further equalizer. share i BR,DC .
  • the reduction in power can be seen in the smaller current.
  • the current at the minimum is only barely noticeably negative.
  • the time courses of FIGS. 7 and 8 have such high rates of change that the time courses can be described as block-shaped time courses.
  • 9 shows a modular drive unit 20 with a modular multilevel power converter 21 and a modular brake actuator 1. These are connected to one another via the intermediate circuit 9, to which the voltage U D is applied.
  • the modular multilevel power converter 21 can, not necessarily, have the same submodules 2 as the modular brake actuator 1.
  • the series connection of the submodules 2 of the modular multilevel power converter 21 also has an inductance 8, which controls the control behavior of the modular Multilevel power converter 21 improved.
  • the connections L1, L2, L3 represent the AC voltage side connections or, for short, the AC voltage side of the modular multilevel power converter 21.
  • the modular multilevel power converter 21 is designed to be three-phase. Alternatively, a single-phase version with a neutral conductor or any number of phases is also possible by providing a corresponding number of phase modules in the modular multilevel power converter 21.
  • An exemplary embodiment of a modular drive unit 20 is shown in FIG.
  • An energy source 5 is electrically connected to the AC voltage side of the modular multilevel power converter 21.
  • the energy source can be, for example, a power supply network 6 or an electrical machine 7.
  • the modular drive unit 20 has two modular multilevel power converters 21 and a modular brake actuator 1, which are electrically connected to one another at the intermediate circuit 9.
  • a first of the two modular multilevel power converters 21 is connected on its AC voltage side to an energy supply network 6 and a second of the two modular multilevel power converters 21 is connected to an electrical machine 7 on its AC voltage side.
  • the electrical machine 7 can be supplied with electrical energy from the energy supply network 6. Regenerating energy from the electrical machine 7 into the energy supply network 6, for example during a braking process, is also possible with the modular drive unit 20.
  • the invention relates to a method for operating a modular brake actuator 1, wherein the modular brake actuator 1 comprises at least one submodule 2 and a braking resistor 3, which are arranged in a series connection 4.
  • a block-shaped or trapezoidal voltage u BR is generated by means of the at least one submodule 1, the block-shaped or trapezoidal voltage u BR having an alternating component u BR,aDC , which is dimensioned in such a way that the electrical energy absorbed over time by the modular brake actuator 1 is converted into heat in the braking resistor 3.
  • the invention further relates to a control device 10, set up to carry out such a method.
  • the invention further relates to a modular brake actuator 1, wherein the modular brake actuator 1 comprises at least one submodule 2 and a braking resistor 3, which are arranged in a series connection 4, with a block-shaped shaped or trapezoidal voltage u BR can be generated, the modular brake actuator 1 having such a control device 10 for controlling or regulating the at least one submodule 2.
  • the invention further relates to a modular drive unit 20, having a modular multilevel power converter 21 and such a modular brake actuator 1, wherein the modular brake actuator 1 is electrically connected to a DC voltage side of the modular multilevel power converter 21.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Braking Systems And Boosters (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)
  • Stopping Of Electric Motors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines modularen Bremsstellers (1), wobei der modulare Bremssteller (1) mindestens ein Submodul (2) und einen Bremswiderstand (3) umfasst, die in einer Reihenschaltung (4) angeordnet sind. Zur Verbesserung der Funktion des modularen Bremsstellers wird vorgeschlagen, dass mittels des mindestens einen Submoduls (1) eine blockförmige oder trapezförmige Spannung (uBR) erzeugt wird, wobei die blockförmige bzw. trapezförmige Spannung (uBR) einen alternierenden Anteil (uBR,aDC) aufweist, der derart bemessen ist, dass die im zeitlichen Mittel vom modularen Bremssteller (1) aufgenommene elektrische Energie im Bremswiderstand (3) in Wärme umgesetzt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung (10), eingerichtet zur Durchführung eines derartigen Verfahrens. Die Erfindung betrifft weiter einen modularen Bremssteller (1), wobei der modulare Bremssteller (1) mindestens ein Submodul (2) und einen Bremswiderstand (3) umfasst, die in einer Reihenschaltung (4) angeordnet sind, wobei mittels des mindestens einen Submoduls (1) eine blockförmige oder trapezförmige Spannung (uBR) erzeugbar ist, wobei zur Steuerung oder Regelung des mindestens einen Submoduls (2) der modulare Bremssteller (1) eine derartige Steuereinrichtung (10) aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine modulare Antriebseinheit (20), aufweisend einen modularen Multilevel-Stromrichter (21) und einen derartigen modularen Bremssteller (1), wobei der modulare Bremssteller (1) mit einer Gleichspannungsseite des modularen Multilevel-Stromrichters (21) elektrisch verbunden ist.

Description

Beschreibung Steuerverfahren für einen modularen Bremssteller Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines mo- dularen Bremsstellers, wobei der modulare Bremssteller min- destens ein Submodul und einen Bremswiderstand umfasst, die in einer Reihenschaltung angeordnet sind. Weiter betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung, eingerichtet zur Durchfüh- rung eines derartigen Verfahrens. Ferner betrifft die Erfin- dung einen modularen Bremssteller, wobei der modulare Brems- steller mindestens ein Submodul und einen Bremswiderstand um- fasst, die in einer Reihenschaltung angeordnet sind, wobei zur Steuerung oder Regelung des mindestens einen Submoduls der modulare Bremssteller eine derartige Steuereinrichtung aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine modulare An- triebseinheit, aufweisend einen modularen Multilevel-Strom- richter und einen derartigen modularen Bremssteller, wobei der modulare Bremssteller mit einer Gleichspannungsseite des modularen Stromrichters elektrisch verbunden ist. Ein modularer Multilevel-Stromrichter ist aus der DE 10103 031 A1 bekannt. Dieser, auch als M2C oder MMC be- kannte Stromrichter, besitzt eine Konverter-Topologie, die aufgrund des Aufbaus mit Submodulen insbesondere für Mittel- und Hochspannungsanwendungen geeignet ist. Der Grundaufbau des mehrphasigen Konverters umfasst zwei Konverterarme pro Phase, die jeweils eine Reihenschaltung von Submodulen auf- weisen. Dabei sind die beiden Konverterarme am Phasenan- schluss miteinander verbunden. Die andere Seite der Konver- terarme ist mit der Gleichspannungsseite verbunden. Die Wech- selspannungsseite des modularen Multilevel-Stromrichters wird durch einen oder mehrere Phasenanschlüsse gebildet. Im grund- legenden Aufbau kann mit dem Konverter Energie zwischen der Gleichspannungsseite und der Wechselspannungsseite bidirekti- onal übertragen oder in einem gewissen Maß zwischengespei- chert werden. Um zusätzlich einen gezielten Energieabbau zu ermöglichen, ist die Installation eines Bremsstellers zweckmäßig. Ein mo- dularer Bremssteller ist aus der WO 2007/023061 A2 bekannt. Der modulare Bremssteller wird üblicherweise an die Gleich- spannungsseite des modularen Multilevel-Stromrichters bei- spielsweise zwischen einem DC+ und einem DC- Anschluss ange- schlossen. Der Widerstand einer Bremsstelleranordnung wird oftmals auch als Bremswiderstand bezeichnet, da dieser dazu geeignet ist, elektrische Energie einer elektrischen Maschine, die aufgrund eines Bremsvorgangs erzeugt wird, in Wärme umzuwandeln. Dabei ist die Verwendung eines Bremsstellers nicht auf die Anwen- dung eines bremsenden elektrischen Antriebs beschränkt. So muss es sich nicht notwendigerweise um Bremsenergie handeln, die in Wärme umgewandelt wird. Der Bremssteller kann bei- spielsweise auch zur Stabilisierung eines Energieversorgungs- netzes eingesetzt werden, indem er elektrische Energie aus dem Energieversorgungsnetz in Wärme umwandelt. Der Begriff Bremswiderstand wurde gewählt, um den Widerstand, in dem eine vorgegebene elektrische Energie bzw. Leistung in Wärme bzw. Wärme pro Zeit umgesetzt wird, von anderen Widerständen un- terscheiden zu können. Mit der Bezeichnung, eine in Wärme umzusetzende Leistung ist im Folgenden gemeint, dass das Integral der Leistung über die Zeit in Wärme umgesetzt wird. Mit anderen Worten wird eine sich aus der Leistung über die Zeit ergebende Energiemenge in Wärme umgesetzt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen modularen Bremssteller zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines modularen Bremsstellers gelöst, wobei der modulare Bremsstel- ler mindestens ein Submodul und einen Bremswiderstand um- fasst, die in einer Reihenschaltung angeordnet sind, wobei mittels des mindestens einen Submoduls eine blockförmige oder trapezförmige Spannung erzeugt wird, wobei die blockförmige bzw. trapezförmige Spannung (uBR) einen alternierenden Anteil (uBR,aDC) aufweist, der derart bemessen ist, dass die im zeit- lichen Mittel vom modularen Bremssteller (1) aufgenommene elektrische Energie im Bremswiderstand (3) in Wärme umgesetzt wird. Ferner wird diese Aufgabe durch eine Steuereinrichtung gelöst, die eingerichtet ist zur Durchführung eines derarti- gen Verfahrens. Diese Aufgabe wird weiter durch einen modula- ren Bremssteller gelöst, wobei der modulare Bremssteller min- destens ein Submodul und einen Bremswiderstand umfasst, die in einer Reihenschaltung angeordnet sind, wobei mittels des mindestens einen Submoduls eine blockförmige oder trapezför- mige Spannung erzeugbar ist, wobei zur Steuerung oder Rege- lung des mindestens einen Submoduls der modulare Bremssteller eine derartige Steuereinrichtung aufweist. Ferner wird diese Aufgabe durch eine modulare Antriebseinheit gelöst, wobei die modulare Antriebseinheit einen modularen Multilevel- Stromrichter und einen derartigen modularen Bremssteller auf- weist, wobei der modulare Bremssteller mit einer Gleichspan- nungsseite des modularen Multilevel-Stromrichters elektrisch verbunden ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass sich durch den modularen Aufbau des modularen Bremsstel- lers jede Betriebsspannung des Bremsstellers realisieren lässt. Üblicherweise wird der modulare Bremssteller mit dem Zwischenkreis eines Stromrichters verbunden, um elektrische Energie aus einem Antriebssystem oder einem Energieversor- gungssystem in Wärme umwandeln zu können. Mit dem modularen Aufbau lässt sich der modulare Bremssteller durch Verwendung einer entsprechenden Anzahl an Submodulen an beliebig hohe Zwischenkreisspannungen anpassen. Als Submodule können dabei alle bereits bekannten Typen von Submodulen verwendet werden. Dazu zählen beispielsweise Halb- brückenmodule, Doppelhalbbrückenmodule oder auch Vollbrücken- module. Zur Erzeugung von Spannungen kann allein die Konden- satorspannung oder die Kondensatorspannungen des entsprechen- den Submoduls genutzt werden. Alternativ ist es auch möglich, beispielsweise durch Verwendung einer Pulsweitenmodulation auch eine Spannung durch das Submodul zu erzeugen, die klei- ner ist als die Kondensatorspannung bzw. Kondensatorspannun- gen. Insbesondere bei der Verwendung nur eines Submoduls hat sich die Pulsweitenmodulation als vorteilhaft erwiesen, um unterschiedliche Spannungen zu erzeugen. Darüber hinaus ermöglicht das Verfahren zum Betreiben des mo- dularen Bremsstellers, die in Wärme umzuwandelnde Leistung genau zu steuern oder zu regeln. Die Wärme ergibt sich dann aus dem zeitlichen Integral der Leistung. Das Verfahren sieht vor, dass nicht die gesamte Zwischenkreisspannung bei der Energieumwandlung am Bremswiderstand abfällt. Der Vorteil liegt darin, die in Wärme umzuwandelnde Leistung regeln zu können. Gleichzeitig wird der Energieinhalt des Kondensators oder der Kondensatoren des mindestens einen Submoduls oder der Submodule geregelt. Damit ist ein stabiler Betrieb des modularen Bremsstellers auch über längere Betriebsdauern, insbesondere für einen kontinuierlichen Betrieb, möglich. Der Bremswiderstand kann an beliebiger Stelle in der Reihen- schaltung angeordnet sein. Beispielsweise kann der Bremswi- derstand zwischen einem der Anschlüsse des modularen Brems- stellers und einem Submodul oder an beliebiger Stelle zwi- schen zwei Submodulen angeordnet sein. Für den Fall, dass der modulare Bremssteller nicht aktiv ist, also keine elektrische Energie in Wärme umsetzen soll, ist die über dem mindestens einen Submodul oder der weiteren Rei- henschaltung von Submodulen anliegende Spannung identisch der Zwischenkreisspannung, so dass über dem Widerstand keine Spannung abfällt und damit auch kein Strom fließt. Für die Steuerung oder Regelung wird eine Spannung über dem mindestens einen Submodul oder, falls mehrere Submodule in einer weiteren Reihenschaltung angeordnet sind, über der wei- teren Reihenschaltung der Submodule erzeugt. Für die Steue- rung oder Regelung der in Wärme umzuwandelnden Leistung wird hierfür ein Gleichanteil der Spannung vorgesehen. Für die Re- gelung der Kondensatorspannung oder der Kondensatorspannungen des oder der Submodule wird ein alternierender Anteil dem Gleichanteil überlagert. Durch die Überlagerung von Gleichan- teil und alternierendem Anteil ergibt sich ein blockförmiger Verlauf der Spannung. Der blockförmige Verlauf setzt wiederum voraus, dass sich die Spannungen über der weiteren Reihen- schaltung beliebig schnell ändern lässt. Dies führt zu einer unendlichen Spannungssteilheit. Da diese Spannungen entspre- chende Ströme bewirken, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Änderungsgeschwindigkeit der Spannungsänderung zu be- schränken. Durch den mit den Spannungsänderungen einhergehen- den Strömen eignet sich der modulare Bremssteller dann auch für Bremssteller, die eine Induktivität, beispielsweise als parasitäre Induktivität des Bremswiderstands aufweisen. Aus der blockförmigen Spannung wird dann eine trapezförmige Span- nung. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass sich mit der blockförmigen bzw. trapezförmigen Spannung bei vergleichswei- se geringen Amplituden von Spannung über der weiteren Reihen- schaltung der Submodule und von den durch den modularen Bremssteller fließenden Strom hohe Energie austauschen las- sen, da sich die Energie aus dem zeitlichen Integral des Stromes, bzw. aus dem Integral des Quadrats des Stromes ergibt. Das heißt, es kann eine hohe Leistung erreicht wer- den. Diese hohe Leistung bezieht sich auf die in Wärme umzu- wandelnde Leistung als auch auf die zur Stabilisierung der Submodule verwendete Leitung. Mit anderen Worten sind auf- grund der relativ geringen Beträge von Strom und Spannung, insbesondere geringen Amplituden oder geringen Maximalwerten im Strom- und Spannungsverlauf, vergleichsweise hohe Effek- tivwerte erreichbar, die für eine Umwandlung in Wärme durch den Bremswiderstand maßgeblich sind. Aufgrund der niedrigen Amplitude bzw. niedrige Schwankungsbreite durch die Verwen- dung der Block- bzw. Trapezform der Spannung und den damit einhergehenden Strömen können die Halbleiterschalter der Sub- module auf eine geringere Strombelastung ausgelegt werden. Alternativ ist es möglich, den modularen Bremssteller zur Um- wandlung höherer Leistungen in Wärme zu nutzen. Die blockförmige bzw. trapezförmige Spannung kann auf einfa- che Weise durch eine Steuereinrichtung erzeugt werden, die die Halbleiterschalter des Submoduls oder der Submodule der weiteren Reihenschaltung ansteuert. Besonders vorteilhaft ist es, den modularen Bremssteller mit dem modularen Multilevel-Stromrichter, auch als M2C Strom- richter bezeichnet, zu einer modularen Antriebseinheit zu kombinieren. Dabei können für den modularen Multilevel-Strom- richter als auch für den modularen Bremssteller baugleiche Submodule zum Einsatz kommen. Ebenso kann die gleiche Hard- ware für die Steuerung der Submodule verwendet werden. Durch den modularen Aufbau, sowohl von Stromrichter als auch vom modularen Bremssteller kann die modulare Antriebseinheit ein- fach an eine geforderte Leistungsanforderung durch die Wahl einer entsprechenden Anzahl von Submodulen im Stromrichter und im modularen Bremssteller angepasst werden. Durch die baugleiche Ausführung der Submodule in modularem Bremssteller und Multilevel-Stromrichter kann ein hoher Anteil an Gleich- teilen erzielt werden. Dies wirkt sich positiv auf die Zuver- lässigkeit und die Herstellkosten einer derartigen Antriebs- einheit aus. Der modulare Bremssteller kann an die Gleichspannungsseite von Stromrichtern mit beliebigem Aufbau angeschlossen werden und ist nicht auf die Anwendung mit einem modularen Multile- vel-Stromrichter beschränkt. Dabei weist die blockförmige bzw. trapezförmige Spannung ei- nen alternierenden Anteil auf, der derart bemessen ist, dass die im zeitlichen Mittel vom modularen Bremssteller aufgenom- mene elektrische Energie im Bremswiderstand in Wärme umge- setzt wird. Der alternierende Anteil kann dazu genutzt wer- den, die Kondensatorspannungen der Submodule zu beeinflussen und den modularen Bremssteller zu stabilisieren. Der alter- nierende Anteil der Spannung bewirkt mittels eines entspre- chenden Spannungsabfalls über dem Bremswiderstand einen wei- teren alternierenden Anteil im Strom durch den modularen Bremssteller. Dabei hat sowohl der alternierende Anteil als auch der weitere alternierende Anteil einen Mittelwert von null, so dass mit dem weiteren alternierenden Anteil des Stroms und der Zwischenkreisspannung bzw. der Spannung über dem modularen Bremssteller nur Blindleistung ausgetauscht wird. Es hat sich in vorteilhafter Weise gezeigt, dass dieser Anteil dazu genutzt werden kann, Energie zwischen den Konden- satoren der Submodule und dem Widerstand auszutauschen. Dabei wird der Energieaustausch in vorteilhafter Weise so gesteuert oder geregelt, dass die gesamte Wirkleistung über dem Wider- stand in Wärme umgesetzt wird. Dabei wird die im zeitlichen Mittel vom modularen Bremssteller aufgenommene elektrische Energie im Bremswiderstand in Wärme umgesetzt. Als Gleichung formuliert ergibt sich dabei der Zusammenhang wobei der Strom iBR durch den Bremswiderstand sich aus dem Gleichanteil iBR,DC und dem alternierenden Anteil iBR,aDC gemäß ^^^ோ ൌ ^^^ோ,^^ ^ ^^^ோ,^^^ (3) zusammensetzt. Setzt man die Gleichung (3) in Gleichung (2) ein, so kann die entstehende Gleichung nach iBR,aDC aufgelöst werden. Dabei kann die blockförmige oder trapezförmige Span- nungsform berücksichtigt werden. Für den einfachen und idea- lisierten Fall einer blockförmigen Spannungs- und Stromform ergibt sich der alternierende Anteil des Stroms zu Damit der Mittelwert über der Zeit des Stroms iBR,aDC gleich null ist, ist über die Hälfte der Zeit der alternierende An- teil die Komponente mit dem Wert nach Gleichung (4) und die andere Hälfte der entsprechende Wert mit negativem Vorzei- chen. Der Widerstand R muss entsprechend klein gewählt wer- den, damit die Formel (4) einen positiven Wert liefert. Um diesen Strom erzeugen zu können beträgt der alternierende Anteil der Spannung über der weiteren Reihenschaltung der Submodule den Wert Damit es sich auch bei dieser Spannung um einen alternieren- den Teil mit einem zeitlichen Mittelwert von null handelt, wird der oben berechnete Wert für die Hälfte der Zeit als al- ternierender Anteil angesetzt und für die restliche Hälfte der entsprechend negative Wert. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der modulare Bremssteller eine Vielzahl von Submodulen, die in einer weiteren Reihenschaltung angeordnet sind, wobei mit- tels der Vielzahl von Submodulen die blockförmige oder tra- pezförmige Spannung über der weiteren Reihenschaltung der Submodule erzeugt wird. Durch die Verwendung einer Vielzahl von Submodulen in der weiteren Reihenschaltung kann die Be- triebsspannung des modularen Bremsstellers beliebig an die Zwischenkreisspannung des Stromrichters angepasst werden. Da- bei sind beliebig hohe Betriebsspannungen, also Zwischen- kreisspannungen in der Antriebseinheit, realisierbar. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die blockförmige bzw. trapezförmige Spannung einen Gleichanteil auf, wobei der Gleichanteil in Abhängigkeit von der mittels des modularen Bremsstellers in Wärme umzuwandeln- den Leistung oder in Abhängigkeit von der über der am modula- ren Bremssteller anliegenden Spannung gesteuert oder geregelt wird. Mit dem Gleichanteil der Spannung kann ein Strom durch den modularen Bremssteller erzeugt werden, der auch einen weiteren Gleichanteil aufweist. Dieser Gleichanteil fließt durch den modularen Bremssteller und somit auch den Bremswi- derstand. Dabei erzeugt der durch den Bremswiderstand flie- ßende Strom elektrische Verluste. Diese werden genutzt, um gezielt elektrische Energie in Wärme umzuwandeln. Die Höhe der in Wärme umzusetzenden Leistung, also Energie pro Zeit- einheit, kann durch die Höhe des Gleichanteils der Spannung gesteuert oder geregelt werden, da sich damit direkt die über dem Widerstand abfallende Spannung und daraus wiederum der weitere Gleichanteil des Stroms durch den modularen Brems- steller ergibt. Somit hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Gleichanteil in Abhängigkeit von der in Wärme umzuwan- delnden Leistung zu steuern oder zu regeln. Dabei kann diese Leistung wieder von anderen Größen abhängen wie beispielswei- se der Spannung des Kondensators der Submodule eines modula- ren Multilevel-Stromrichters. Falls der modulare Bremssteller an einem Zwischenkreis mit Zwischenkreiskondensator betrieben wird, beispielsweise an einem 2-Punkt- oder 3-Punkt-Strom- richter, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Gleichan- teil in Abhängigkeit von der Zwischenkreisspannung zu steuern oder zu regeln. Mit diesen Regelungsstrukturen lassen sich dynamische Regelungen zur Umwandlung von elektrischer Leis- tung in Wärme realisieren, die die elektrische Antriebsein- heit vor Überlastung durch zu hohe Energiemengen schützen. Diese Energiemengen können sich beispielsweise aus dem Brems- vorgang einer elektrischen Maschine ergeben. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Gleichanteil derart gesteuert oder geregelt, einen Strom mit einem weiteren Gleichanteil durch den modularen Bremssteller zu erzeugen, wobei das Produkt aus dem weiteren Gleichanteil und der Spannung über dem modularen Bremssteller einer vorgegebenen, durch den modularen Bremssteller in Wärme umzuwandelnden Leistung, insbesondere einer vorgegebenen, durch den modularen Bremssteller in Wärme umzuwandelnden Wirkleistung, entspricht. Der Gleichanteil der Spannung wird dabei in der Spannungshöhe so gesteuert oder geregelt, dass der weitere Gleichanteil des Stroms so groß ist, dass das Produkt aus der Zwischenkreisspannung und dem weiteren Gleichanteil dem Wert, der durch den modularen Bremssteller in Wärme umzuwandelnden Leistung entspricht. Bei der in Wärme umzuwandelnden Leistung handelt es sich um eine Energie, die in einer bestimmten Zeit in Wärme umgewandelt wird. Die Zwi- schenkreisspannung liegt über dem modularen Bremssteller an, da dieser mit dem Zwischenkreis elektrisch verbunden ist. Da- mit liegt die Zwischenkreisspannung über der Reihenschaltung aus Bremswiderstand und der weiteren Reihenschaltung der Sub- module an. Anstelle der weiteren Reihenschaltung von Submodu- len kann alternativ auch nur ein Submodul vorhanden sein. So- mit nimmt der modulare Bremssteller, an dem die Zwischen- kreisspannung anliegt, die Wirkleistung ^^^ோ ൌ ^^^ ∙ ^^^ோ,^^ (1) auf. Die gesamte vom Bremswiderstand aufgenommene Wirkleis- tung soll in Wärme umgesetzt werden, da der modulare Brems- steller nicht zur Aufnahme und Speicherung nennenswerter Energiebeträge ausgestaltet sein soll. Die Differenz in der Spannung zwischen der Blockform bzw. Trapezform kann bei- spielsweise mit einem PI Regler geregelt werden, so dass sich in den Submodulen an dem Kondensator oder den Kondensatoren eine vorgebbare Spannung einstellt. Mit anderen Worten kann eine weitere Spannungskomponente zur Erreichung der blockför- migen oder trapezförmigen Spannung in Abhängigkeit von der Spannung an dem Kondensator oder den Kondensatoren der Submo- dule erzeugt werden, welche beispielsweise mit Hilfe eines PI Reglers die Spannung an den Kondensatoren der Submodule re- gelt oder steuert. Alternativ oder ergänzend ist es auch mög- lich, mit Hilfe der Spannungssteilheit der Trapezform und/ oder mit der Frequenz der Trapez- oder Blockform die Spannung an den Kondensatoren der Submodule zu beeinflussen. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der alternierende Anteil als Stellgröße einer Regelung der Kondensatorspannungen der Submodule verwendet. Um Störun- gen ausregeln zu können, hat es sich als positiv erwiesen, die nach den Formeln ermittelten Werte des alternierenden An- teils für eine Vorsteuerung zu verwenden. Die Spannung an den Kondensatoren wird dann mittels einer Regelung geregelt. Da- mit kann der modulare Bremssteller auch bei Vorliegen von Störgrößen stabil betrieben werden. Des Weiteren ist der Be- trieb unabhängig von sich ändernden Größen. Beispielsweise eine durch Alterung oder Erwärmung hervorgerufene Änderung des Widerstandswertes kann durch die Regelung problemlos aus- geglichen werden. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Wechselspannungsseite des modularen Multilevel- Stromrichters mit einer Energiequelle, insbesondere mit einem Energieversorgungsnetz oder mit einer elektrischen Maschine, verbunden. Der modulare Bremssteller kann durch die Verbin- dung mit einer Energiequelle dazu genutzt werden, überschüs- sige oder nicht nutzbare Energie in Wärme umzuwandeln. Bei der Energiequelle kann es sich beispielsweise um eine elekt- rische Maschine handeln, die bei einem Abbremsvorgang elekt- rische Energie zurückspeist. Wenn diese nicht weiter genutzt werden kann, muss diese mittels des modularen Bremsstellers in Wärme umgewandelt werden, wenn auf eine mechanische Bremse verzichtet werden soll. Die Umwandlung der elektrischen Ener- gie in Wärme erfolgt im Gegensatz zu einer mechanischen Brem- se verschleißfrei, so dass der Einsatz des modularen Brems- stellers im Betrieb wirtschaftlicher ist. Ebenso ist es möglich, den modularen Multilevel-Stromrichter für die Energieübertragung zu nutzen. In diesem Fall kann es sinnvoll sein, für den Fall, dass die übertragene Energie nicht abgenommen werden kann, einen modularen Bremssteller vorzusehen. Dieser gewährleistet, dass eine derartige Ener- gieübertragung auch dann im Betrieb bleibt, wenn die Entge- gennahme von Energie gestört ist. Das Energieübertragungssys- tem kann während dieser Störung im Betrieb bleiben und ein aufwendiges neues Abschalten und Anfahren, das auch zu Stabi- litätsproblemen im Energieversorgungsnetz führen kann, zuver- lässig vermeiden. Somit steigert der modulare Bremssteller auch die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit einer modularen Antriebseinheit, die für die Energieübertragung vorgesehen ist. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung der modularen Antriebseinheit dazu eingerichtet, die in Wärme umzuwandelnde Leistung in Abhän- gigkeit von der Spannung des Kondensators der Submodule des modularen Multilevel-Stromrichters zu ermitteln. Bei einem modularen Multilevel-Stromrichter zeigt sich eine im Strom- richter gespeicherte Energie nicht zwangsweise wie beispiels- weise bei einem 2-Punkt- oder 3-Punkt Stromrichter an der Zwischenkreisspannung. Bei dem modularen Multilevel-Strom- richter wirkt sich ein erhöhter Energieinhalt auf die gespei- cherte Energie, also die Spannung, des Kondensators oder der Kondensatoren in den jeweiligen Submodulen des modularen Mul- tilevel-Stromrichters aus. Um den Energieinhalt im modularen Multilevel-Stromrichter gezielt zu reduzieren, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die für die Steuerung oder Regelung des Gleichanteils in Wärme umzusetzende Leistung in Abhängig- keit von der Spannung des Kondensators der jeweiligen Submo- dule des modularen Multilevel-Stromrichters zu ermitteln. Ein mögliches Verfahren zum Betreiben einer elektrischen An- triebseinheit mit einem modularen Stromrichter und einem vor- geschlagenen modularen Bremssteller regelt oder steuert den Gleichanteil der Spannung über der weiteren Reihenschaltung der Submodule des modularen Bremsstellers in Abhängigkeit von der Spannung des Kondensators oder der Kondensatoren der Sub- module des modularen Multilevel-Stromrichters. Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschreiben und er- läutert. Es zeigen: FIG 1 einen modularen Bremssteller, FIG 2 bis FIG 4 Ausführungsbeispiele für das Submodul, FIG 5 bis FIG 8 Zeitverläufe von Spannung und Strom und FIG 9 bis FIG 11 Ausführungsbeispiele der modularen An- triebseinheit. Die FIG 1 zeigt einen modularen Bremssteller 1. Dieser weist eine Reihenschaltung 4 von mindestens einem Submodul 2 und einem Bremswiderstand 3 auf. Die Reihenschaltung 4 kann eine Vielzahl von Submodulen 2 aufweisen. Diese sind wiederum als Teil der Reihenschaltung 4 in einer weiteren Reihenschaltung 41 angeordnet. Der modulare Bremssteller 1 ist dazu einge- richtet, an seinen Anschlüssen 11 mit einem Zwischenkreis 9 eines Stromrichters verbunden zu werden. Über der weiteren Reihenschaltung 41 der Submodule lässt sich mit Hilfe einer Steuereinrichtung 10 eine Spannung uBR erzeu- gen. Mit der Spannung uBR lässt sich ein Strom iBR durch den modularen Bremssteller 1 bewirken. Der Strom iBR fließt auch durch den Bremswiderstand 3 und bewirkt die Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme. Über dem modularen Bremsstel- ler 1 liegt die Betriebsspannung UD an. Wird der modulare Bremssteller 1 mit dem Zwischenkreis eines Stromrichters ver- bunden, so liegt an dem modularen Bremssteller die Zwischen- kreisspannung an. In diesem Fall spricht man davon, dass der modulare Bremssteller 1 mit der Gleichspannungsseite des Stromrichters verbunden ist. Die Figuren 2 bis 4 zeigen Ausführungsbeispiele von Submodu- len 2. Alle bekannten Submodule, insbesondere die Submodule der Figuren 2 bis 4 sind für die Durchführung des vorgeschla- genen Verfahrens geeignet. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die Beschreibung zur FIG 1 und die dort eingeführten Bezugszeichen verwiesen. Die dargestellten Ausführungsbeispiele der Submodule 2 umfas- sen mindestens zwei Halbleiterschalter und mindestens einen Kondensator. Durch Schalthandlungen der Halbleiterschalter kann eine Ausgangsspannung Usub an den Anschlüssen des Submo- duls 2 erzeugt werden. Dabei übermittelt eine Steuereinrich- tung 10 die Ansteuersignale an die Halbleiterschalter des Submoduls 2. Die Steuereinrichtung 10 ist vorzugsweise außer- halb des Submoduls 2 angeordnet und somit nicht Teil des Sub- moduls. Vielmehr hat es sich als vorteilhaft erwiesen, mit einer Steuereinrichtung 10 alle Submodule 2 des modularen Bremsstellers 1 anzusteuern. Darüber hinaus kann die Steuer- einrichtung 10 die für die Steuerung und Regelung der Span- nungen und Ströme erforderlichen Berechnungen vornehmen. So kann die Steuereirichtung 10 aus dem vorgegebenen Wert der in Wärme umzuwandelnden Leistung den erforderlichen Strom durch den modularen Bremssteller iBR bestimmen. Um diesen Strom iBR zu erzeugen, wird durch entsprechende Ansteuersignale eine durch die Steuereinrichtung 10 ermittelte, gesteuerte oder geregelte Spannung über den Submodulen der weiteren Reihen- schaltung 41 erzeugt. In den folgenden Ausführungsbeispielen wurde auf die Darstellung der Steuereinrichtung 10 aus Grün- den der Übersichtlichkeit verzichtet. Die FIG 2 zeigt ein sogenanntes Halbbrückenmodul. Dies weist zwei Halbleiterschalter und einen Kondensator auf. An dem Kondensator liegt die Spannung UC,sub an. Durch Schalthandlun- gen der Halbleiterschalter kann die Ausgangsspannung Usub von null oder UC,sub an den Anschlüssen des Submoduls 2 erzeugt werden. Die FIG 3 zeigt ein sogenanntes Doppelbrückenmodul. Dies weist vier Halbleiterschalter und zwei Kondensatoren auf. An den Kondensatoren liegt jeweils die Spannung UC1,sub bzw. UC2,sub an. Durch Schalthandlungen der Halbleiterschalter kann die Ausgangsspannung Usub von null, einer der Kondensatorspannun- gen UC1,sub, UC2,sub oder der Summe der Kondensatorspannungen UC1,sub, UC2,sub an den Anschlüssen des Submoduls 2 erzeugt wer- den. Die FIG 4 zeigt ein sogenanntes Vollbrückenmodul. Dies weist vier Halbleiterschalter und einen Kondensator auf. An dem Kondensator liegt die Spannung UC,sub an. Durch Schalthandlun- gen der Halbleiterschalter kann die Ausgangsspannung Usub von null, der positiven oder der negativen Kondensatorspannung ±UC,sub an den Anschlüssen des Submoduls 2 erzeugt werden. Die FIG 5 zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung uBR über den Submodulen 2 der weiteren Reihenschaltung 41 für das vor- geschlagene Verfahren. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die Beschreibung zu den Figuren 1 bis 4, sowie auf die dort eingeführten Bezugszeichen verwiesen. Die Spannung uBR setzt sich aus einem Gleichanteil uBR,DC und einem alternie- renden Anteil uBR,aDC zusammen, wobei sich der alternierende Anteil um den Wert +ûBR,aDC und -ûBR,aDC für jeweils eine halbe Schaltperiode annimmt. Damit hat der alternierende Anteil uBR,aDC keinen Gleichanteil, ist also mittelwertfrei. Durch die Überlagerung von Gleichanteil uBR,DC und alternierendem Anteil uBR,aDC ergibt sich die Spannung uBR. Aufgrund einer endlichen Spannungssteilheit des alternierenden Anteils, der seinen Wert in Form einer Rampe ändert, ergibt sich ein trapezförmi- ger Spannungsverlauf für die Spannung uBR. Setzt man eine ho- he, im Idealfall unendliche, Flankensteilheit an, so ergibt sich der gestrichelt dargestellte Verlauf im Übergang und da- raus eine blockförmige Spannungsform der Spannung uBR. Die FIG 6 zeigt beispielhaft den sich aus dem Spannungsver- lauf der FIG 5 ergebenen Stromverlauf iBR durch den modularen Bremssteller 1. Durch die Spannung uBR ergibt sich eine Span- nung über den Bremswiderstand 3, der einen Strom iBR mit einem weiteren Gleichanteil iBR,DC und einem weiteren alternierenden Anteil iBR,aDC bewirkt. Zur Unterscheidung vom Gleichanteil bzw. alternierenden Anteil der Spannung wird dieser Gleichan- teil bzw. alternierender Anteil des Stroms als weiterer Gleichanteil bzw. weiterer alternierender Anteil bezeichnet. In der Zeit, in der die Spannung über den Submodulen 2 in der weiteren Reihenschaltung 41 klein ist, fällt eine größere Spannung über dem Bremswiderstand 4 ab, so dass auch ein grö- ßerer Strom iBR durch den modularen Bremssteller 1 entsteht und umgekehrt. Dabei kann der Strom iBR durch den Bremswider- stand 3 in Abhängigkeit der Höhe des alternierenden Anteils uBR,aDC zeitweise negativ werden. Mit anderen Worten kann je nach Arbeitspunkt der Betrag des alternierenden Anteils grö- ßer werden als der Gleichanteil. Bei der Verwendung von uni- polaren Submodulen, die nur eine Polarität in ihrer Ausgangs- spannung Usub annehmen können wie beispielsweise Halbbrücken oder Doppelhalbbrücken, nimmt der Strom iBR durch den modula- ren Bremssteller 1 im Minimum einen negativen Wert an. Die FIG 7 zeigt den Verlauf der Spannung uBR an der weiteren Reihenschaltung 41 der Submodule 2 des modularen Bremsstel- lers 1 für eine Anwendung im Mittelspanungsbereich. Der Mit- telspannungsbereich beginnt ab einer Spannung von 1000 V, auch mit 1 kV bezeichnet. Dem dargestellten Gleichanteil uBR,DC ist ein alternierender Anteil uBR,aDC derart überlagert, dass sich der Spannungsverlauf der Spannung uBR ergibt. Dabei ändert sich zwischen den Zeitpunkten t=0,34s und t=0,36s der Wert der in Wärme umzuwandelnden Leistung. In dem dargestell- ten Verlauf wird diese Leistung reduziert. Dieser Wert wird dem modularen Bremssteller 1 bzw. seiner Steuereinrichtung 10 vorgegeben. Beispielsweise kann dieser Wert sich aus der Spannung des Zwischenkreises UD ergeben, an dem der modulare Bremssteller angeschlossen ist oder die, allgemein formu- liert, an den Anschlüssen 11 des modularen Bremsstellers 1 anliegt. Ebenso kann der Wert auch in Abhängigkeit der Span- nung an dem Kondensator oder den Kondensatoren der Submodule eines mit dem modularen Bremssteller 1 verbundenen modularen Multilevel-Stromrichters ermittelt werden. Der modulare Bremssteller 1 mit der Steuereinrichtung 10 reagiert darauf, dass er den Gleichanteil uBR,DC erhöht. Gleichzeitig erkennt man an der geringeren Schwankungsbreite der Spannung uBR ei- nen geringeren alternierenden Anteil uBR,aDC. Dieser alternie- rende Anteil uBR,aDC stabilisiert die Kondensatorspannungen UC der Kondensatoren der Submodule 2. Die FIG 8 zeigt den dazugehörigen Verlauf des Stroms iBR durch den modularen Bremssteller mit seinem weiteren Gleich- anteil iBR,DC. Die Reduktion der Leistung ist an dem kleineren Strom erkennbar. Darüber hinaus liegt ab dem Zeitpunkt t=0,35s ein Arbeitspunkt vor, bei dem der Strom iBR zeitweise einen deutlich negativen Wert annimmt. Zu den Zeitpunkten vor t=0,35s ist der Strom beim Minimum nur kaum erkennbar nega- tiv. Die Zeitverläufe der FIG 7 und FIG 8 weisen derart hohe Ände- rungsgeschwindigkeiten auf, dass die Zeitverläufe als block- förmige Zeitverläufe beschrieben werden können. Die FIG 9 zeigt eine modulare Antriebseinheit 20 mit einem modularen Multilevel-Stromrichter 21 und einem modularen Bremssteller 1. Diese sind über den Zwischenkreis 9, an dem die Spannung UD anliegt, miteinander verbunden. Dabei kann, nicht notwendigerweise, der modulare Multilevel-Stromrichter 21 die gleichen Submodule 2 aufweisen wie der modulare Brems- steller 1. Die Reihenschaltung der Submodule 2 des modularen Multilevel-Stromrichters 21 weist darüber hinaus noch eine Induktivität 8 auf, die das Regelverhalten des modularen Mul- tilevel-Stromrichters 21 verbessert. Die Anschlüsse L1, L2, L3 stellen die wechselspannungsseitigen Anschlüsse oder kurz die Wechselspannungsseite des modularen Multilevel-Strom- richters 21 dar. In diesem Ausführungsbeispiel ist der modu- lare Multilevel-Stromrichter 21 dreiphasig ausgeführt. Alter- nativ ist auch eine einphasige Ausführung mit Neutralleiter oder auch jede beliebige Phasenanzahl möglich, indem entspre- chend viele Phasenmodule im modularen Multilevel-Stromrichter 21 vorgesehen werden. In der FIG 10 ist ein Ausführungsbeispiel einer modularen An- triebseinheit 20 dargestellt. Dabei ist eine Energiequelle 5 mit der Wechselspannungsseite des modularen Multilevel-Strom- richters 21 elektrisch verbunden. Bei der Energiequelle kann es sich beispielsweise um ein Energieversorgungsnetz 6 oder eine elektrische Maschine 7 handeln. Im Ausführungsbeispiel der FIG 11 weist die modulare An- triebseinheit 20 zwei modulare Multilevel-Stromrichter 21 und einen modularen Bremssteller 1 auf, die am Zwischenkreis 9 miteinander elektrisch verbunden sind. Dabei ist ein erster der zwei modularen Multilevel-Stromrichter 21 an seiner Wech- selspannungsseite mit einem Energieversorgungsnetz 6 und ein zweiter der zwei modularen Multilevel-Stromrichter 21 an sei- ner Wechselspannungsseite mit einer elektrischen Maschine 7 verbunden. Die elektrische Maschine 7 kann dabei aus dem Energieversorgungsnetz 6 mit elektrischer Energie versorgt werden. Auch eine Rückspeisung von Energie von der elektri- schen Maschine 7 in das Energieversorgungsnetz 6 beispiels- weise bei einem Bremsvorgang ist mit der modularen Antriebs- einheit 20 möglich. Falls das Energieversorgungsnetz 6 nicht aufnahmefähig ist, kann die durch die elektrische Maschine 7 gewonnene elektrische Energie mittels des modularen Brems- stellers 1 in vorteilhafter Weise in Wärme umgewandelt wer- den. Auf eine verschleißbehaftete mechanische Bremse kann in dieser Ausgestaltung verzichtet werden. Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Be- treiben eines modularen Bremsstellers 1, wobei der modulare Bremssteller 1 mindestens ein Submodul 2 und einen Bremswi- derstand 3 umfasst, die in einer Reihenschaltung 4 angeordnet sind. Zur Verbesserung der Funktion des modularen Bremsstel- lers wird vorgeschlagen, dass mittels des mindestens einen Submoduls 1 eine blockförmige oder trapezförmige Spannung uBR erzeugt wird, wobei die blockförmige bzw. trapezförmige Span- nung uBR einen alternierenden Anteil uBR,aDC aufweist, der der- art bemessen ist, dass die im zeitlichen Mittel vom modularen Bremssteller 1 aufgenommene elektrische Energie im Bremswi- derstand 3 in Wärme umgesetzt wird. Ferner betrifft die Er- findung eine Steuereinrichtung 10, eingerichtet zur Durchfüh- rung eines derartigen Verfahrens. Die Erfindung betrifft wei- ter einen modularen Bremssteller 1, wobei der modulare Brems- steller 1 mindestens ein Submodul 2 und einen Bremswiderstand 3 umfasst, die in einer Reihenschaltung 4 angeordnet sind, wobei mittels des mindestens einen Submoduls 1 eine blockför- mige oder trapezförmige Spannung uBR erzeugbar ist, wobei zur Steuerung oder Regelung des mindestens einen Submoduls 2 der modulare Bremssteller 1 eine derartige Steuereinrichtung 10 aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine modulare An- triebseinheit 20, aufweisend einen modularen Multilevel- Stromrichter 21 und einen derartigen modularen Bremssteller 1, wobei der modulare Bremssteller 1 mit einer Gleichspan- nungsseite des modularen Multilevel-Stromrichters 21 elektrisch verbunden ist.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Betreiben eines modularen Bremsstellers (1), wobei der modulare Bremssteller (1) mindestens ein Submodul (2) und einen Bremswiderstand (3) umfasst, die in einer Rei- henschaltung (4) angeordnet sind, wobei mittels des mindes- tens einen Submoduls (1) eine blockförmige oder trapezförmige Spannung (uBR) erzeugt wird, wobei die blockförmige bzw. tra- pezförmige Spannung (uBR) einen alternierenden Anteil (uBR,aDC) aufweist, der derart bemessen ist, dass die im zeitlichen Mittel vom modularen Bremssteller (1) aufgenommene elektri- sche Energie im Bremswiderstand (3) in Wärme umgesetzt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der modulare Bremssteller (1) eine Vielzahl von Submodulen (2) umfasst, die in einer weiteren Reihenschaltung (41) angeordnet sind, wobei mittels der Vielzahl von Submodulen (2) die blockförmige oder trapez- förmige Spannung (uBR) über der weiteren Reihenschaltung (41) der Submodule (2) erzeugt wird. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die blockförmige bzw. trapezförmige Spannung (uBR) einen Gleich- anteil (uBR,DC) aufweist, wobei der Gleichanteil (uBR,DC) in Ab- hängigkeit von der mittels des modularen Bremsstellers (1) in Wärme umzuwandelnden Leistung oder in Abhängigkeit von der über der am modularen Bremssteller (1) anliegenden Spannung (UD) gesteuert oder geregelt wird. 4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Gleichanteil (uBR,DC) derart gesteuert oder geregelt wird, einen Strom (iBR) mit einem weiteren Gleichanteil (iBR,DC) durch den modularen Bremssteller (1) zu erzeugen, wobei das Produkt aus dem wei- teren Gleichanteil (iBR,DC) und der Spannung (UD) über dem mo- dularen Bremssteller (1) einer vorgegebenen, durch den modu- laren Bremssteller (1) in Wärme umzuwandelnden Leistung, ins- besondere einer vorgegebenen, durch den modularen Bremsstel- ler (1) in Wärme umzuwandelnden Wirkleistung, entspricht. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der al- ternierende Anteil (uBR,aDC) als Stellgröße einer Regelung der Kondensatorspannungen (UC,sub) der Submodule (2) verwendet wird. 6. Steuereinrichtung (10), eingerichtet zur Durchführung ei- nes Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5. 7. Modularer Bremssteller (1), wobei der modulare Bremsstel- ler (1) mindestens ein Submodul (2) und einen Bremswiderstand (3) umfasst, die in einer Reihenschaltung (4) angeordnet sind, wobei mittels des mindestens einen Submoduls (1) eine blockförmige oder trapezförmige Spannung (uBR) erzeugbar ist, wobei zur Steuerung oder Regelung des mindestens einen Submo- duls (2) der modulare Bremssteller (1) eine Steuereinrichtung (10) nach Anspruch 6 aufweist. 8. Modularer Bremssteller (1) nach Anspruch 7, wobei der mo- dulare Bremssteller (1) eine Vielzahl von Submodulen (2) um- fasst, die in einer weiteren Reihenschaltung (41) angeordnet sind, wobei mittels der Vielzahl von Submodulen (2) eine blockförmige oder trapezförmige Spannung (uBR) über der wei- teren Reihenschaltung (41) erzeugbar ist. 9. Modulare Antriebseinheit (20), aufweisend einen modularen Multilevel-Stromrichter (21) und einen modularen Bremssteller (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei der modulare Bremssteller (1) mit einer Gleichspannungsseite des modularen Multilevel-Stromrichters (21) elektrisch verbunden ist. 10. Modulare Antriebseinheit (20) nach Anspruch 9, wobei eine Wechselspannungsseite des modularen Multilevel-Stromrichters (21) mit einer Energiequelle (5), insbesondere mit einem Energieversorgungsnetz (6) oder mit einer elektrischen Ma- schine (7), verbunden ist. 11. Modulare Antriebseinheit (20) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Steuereinrichtung (10) eingerichtet ist, die in Wärme umzuwandelnde Leistung in Abhängigkeit von der Spannung des Kondensators der Submodule des modularen Mul- tilevel-Stromrichters (21) zu ermitteln.
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