WO2004013953A1 - Generator/motor-system und verfahren zum betreiben dieses generator/motor-systems - Google Patents

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WO2004013953A1 PCT/EP2003/007698 EP0307698W WO2004013953A1 WO 2004013953 A1 WO2004013953 A1 WO 2004013953A1 EP 0307698 W EP0307698 W EP 0307698W WO 2004013953 A1 WO2004013953 A1 WO 2004013953A1
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Roland BLÜMEL
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Definitions

  • the invention relates to a generator / motor system according to the preamble of claim 1 and a method for operating this generator / motor system.
  • the electrical machine designed as a starter / generator should work primarily as a generator in order to feed into the vehicle electrical system.
  • the necessary filter capacitors stand in the way of integration. Particularly with the relatively low on-board electrical system voltage of 42V, phase currents of approx. 1200 A are currently under discussion in asynchronous machines in order to generate the required starting torques.
  • the intermediate circuit capacitors C as shown, for example, in FIG. 3A, which shows the construction of a conventional drive system with a induction machine 30, pulse inverter 31 and intermediate circuit capacitor C, assume considerable dimensions here, which stand in the way of integration.
  • FIG. 3B shows a conventional speed-torque characteristic.
  • the solid line in FIG. 3B shows what can be achieved with a specific design of the rotating field machine and an associated pulse inverter power. If, for example, the starting torque is to be increased while maintaining the standard pulse inverter topology, ie a pulse inverter in a six-pulse bridge circuit, and maintaining the pulse inverter (sham) power, the winding of the rotating field machine must be modified accordingly. In the simplest case, more turns are made with thinner wires. This leads to the characteristic curve shown in broken lines in FIG. 3B. It can be seen that this measure can increase the starting torque with unchanged pulse inverter power, but only at the expense of the generator power at higher speeds. The design point lowers accordingly. Due to the higher number of turns, the rotating field machine reaches its field weakening operation, ie the pulse inverter modulation limit, earlier and can deliver less power later when the generator is operating.
  • the costs for the pulse-controlled inverter also play a decisive role.
  • the costs of a pulse-controlled inverter are no longer assessed so much according to the current that the pulse-controlled inverter has to carry, but according to the current that has to be commutated in the topology.
  • This parameter determines the filter effort, which is particularly noticeable in the particularly EMC-sensitive area of the automotive industry.
  • the filters also stand in the way of miniaturization, and above all the reliability problems at high temperatures. Therefore, an attempt must be made to make the power electronics in the drive circuit as efficient as possible, in particular to lower the currents to be commutated.
  • a system with a feed-in converter and a machine converter i.e. a real converter, would therefore be more suitable, since greater flexibility can then be achieved.
  • a real converter is described, for example, in L. Sack "Reduction of Losses in the DC-Link Capacitor of Two-Stage Seif-Commutated Converters", Proceedings of the EPE '99, Lausanne, Switzerland.
  • the pulse pattern can be synchronized here A significant reduction in the ripple current to be filtered can also be achieved. If the ripple currents can be reduced, the efficiency of the system is increased at the same time, since conventional borrowed a relatively large amount of energy at the capacitor's feed converter.
  • this object is achieved by a generator / motor system with the features of patent claim 1 and a method for operating this generator / motor system with the features of claim 8.
  • the division of the pulse-controlled inverter into two identical pulse-controlled inverters makes it possible to operate the generator / motor system both in a star connection and in a single-line connection, thereby ensuring a uniform current load on the filter over a wide range receive. This avoids both a peak current when starting and a design of the filters for this peak load, since in star connection only about half of the conventional phase currents have to be commutated.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a generator / motor system according to the invention
  • FIGS. 3A and 3B show a torque-speed characteristic of a conventional generator / motor system and an equivalent lente torque-speed characteristic of the generator / motor system according to the invention and Fig. 3 with FIGS. 3A and 3B a conventional drive system and an associated speed-torque characteristic.
  • the generator / motor system according to the invention has a three-strand induction machine DM, the individual generator phase windings or machine strings a, b and c of which are connected to a first and a second pulse inverter PWR1 and PWR2.
  • the first and the second pulse inverters PWR1 and PWR2 are of identical design and have the same construction power.
  • Each pulse inverter PWR1 or PWR2 consists of six electronic branch switches S1 to S6, which are formed, for example, by MOS transistors or IGBTs (integrated gate bipolar transistors) and are arranged in three branch pairs in a symmetrical series, and one parallel to the pulse inverter switched filter capacitor Cl or C2. Due to the division into the first and second pulse inverters PWR1 and PWR2, these filter capacitors C1 and C2 can be selected to be significantly smaller, which has an advantageous effect on the size and power loss.
  • An electronic switch S7 is formed between the two pulse inverters PWR1 and PWR2 parallel to the machine lines a, b, c, via which a positive busbar of the first pulse inverter PWRl can be connected to or disconnected from the positive busbar of the second pulse inverter PWR2.
  • This electronic switch S7 can, but need not be bidirectional.
  • a PowerMOS transistor with a parasitic inverse diode can be used as the non-bidirectional switch for the switch S7.
  • the generator / motor system according to the invention allows two different operating modes.
  • the star switches S 1, S 2 and S 3 are closed and the branch switches S 4, S 5 and S 6 and the electronic switch S 7 are open.
  • the PWRl pulse inverter thus forms a star point for the 3 machine strings a, b and c shown.
  • voltage-impressing pulse inverters PWRl and PWR2 in a six-pulse bridge circuit the potential of the star point jumps between 1/3 and 2/3 of the voltage of the intermediate circuit depending on the voltage pointers that are switched on. If the switches consist of MOS, the inverse diode cannot be opened.
  • the induction machine DM Since only half the pulse inverter, namely the pulse inverter PWR1, is now available for current conduction compared to the prior art, the induction machine DM receives more stator windings to compensate. The flow, which determines the torque, is thus retained. This results in the characteristic curve branch 1 in FIG. 2. The torque is the same, but since only half of the circuit takes part in the energy conversion, namely the pulse inverter PWR1, only about half of the original phase currents have to be commutated , If you allow the same ripple in the DC link voltage, the filter effort is also halved.
  • Switching from one operating mode to the other takes place according to the invention in an efficiency-optimized manner. Only the maximum characteristics are shown in FIG. 2.
  • a control unit which can be implemented as a software module, takes over the precise, efficiency-dependent switchover point in an efficiency-optimized manner. Since the switchover is bumpless, you can switch over as often as you like.
  • the reliability is increased, since the single-strand connection is one, even with asynchronous machines, but somewhat restricted operation allowed if an electronic switch in the generator / motor system has a fault, such as short circuit or disconnection). A rotating field can then still be built up, which is not possible with a standard bridge circuit with 3 phases.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Generator/Motor-System und ein Verfahren zur Betreiben dieses Generator/Motor-­Systems, mit dem die Filterströme verringert werden. Das Generator/Motor-System weist dazu eine Drehfeldmaschine (DM) sowie einen Pulswechselrichter und Filterkondensatoren (Cl, C2) auf. Der Pulswechselrichter wird in der erfindungsgemässen Ausführungsform durch zwei identische, jeweils die halbe Bauleistung aufweisende Pulswechselrichter (PWR1, PWR2) gebildet. Im Betrieb erfolgt je nach erforderlicher Drehzahl eine Umschaltung zwischen einer Sternschaltung, in der lediglich der erste Pulswechselrichter in Betrieb ist, und einer Einzelstrangschaltung, in der beide Pulswechselrichter in Betrieb sind. Um ein dem Stand der Technik vergleichbares Drehmoment zu erhalten, auch wenn nur einer der beiden Pulswechselrichter verwendet wird, weist die Drehfeldmaschine ungefähr die doppelte Anzahl von Statorwindungen auf.

Description

Generator/Motor-System und Verfahren zum Betreiben dieses Generator/Motor-Systems
Die Erfindung betrifft ein Generator/Motor-System nach dem 0- berbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben dieses Generator/Motor-Systems .
Derzeit wird in Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor eine Vereinigung von Starter und Generator zu einer einzigen e- lektrischen Maschine angestrebt.
Jedoch besteht bei diesen Bemühungen bereits im Grobentwurf dahingehend ein Problem, dass zwei völlig gegenläufigen Forderungen entsprochen werden muss .
Zum einen muss zum Starten und Hochbeschleunigen eines Verbrennungsmotors ein extrem hohes Durchdreh-Drehmoment aufgebracht werden. Dieses Drehmoment kann, je nach Hubraum bzw. Zylinderzahl des Verbrennungsmotors, größer als 240 Nm sein. Darüber hinaus muss die elektrische Maschine noch Drehmoment- Reserven für die Beschleunigung des Verbrennungsmotors auf Startdrehzahl aufbieten können.
Zum anderen soll, nach erfolgreichem Start des Verbrennungsmotors, die als Starter/Generator konzipierte elektrische Maschine vornehmlich als Generator arbeiten, um in das Bordnetz des Kraftfahrzeugs einzuspeisen. Dabei hat man die Forderung nach konstanter Leistungsabgabe über dem, vom Verbrennungsmo- tor vorgegebenen, extrem gespreizten Drehzahlbereich von 600 bis 6000 l/min (Motor) bei möglichst hohem Wirkungsgrad.
Beide Forderungen lassen sich mit einem Standardantrieb bestehend aus dreisträngiger Drehfeldmaschine 30 und spannungs- einprägendem Pulswechselrichter (PRW) 31 in Drehstrombrücken- schaltung mit Filterkondensator C, wie in Fig. 3A gezeigt, kaum wirtschaftlich darstellen.
Ein Problem, das es hierbei zu überwinden gilt, ist die notwendige Miniaturisierung und komplette Integration der Leistungselektronik. Einer Integration stehen die notwendigen Filterkondensatoren im Wege. Insbesondere bei der relativ niedrigen Bordnetzspannung von 42V sind derzeit bei Asynchronmaschinen Phasenströme von ca. 1200 A im Gespräch, um die geforderten Startmomente zu erzeugen. Die Zwischenkreis- kondensatoren C, wie beispielsweise in Fig. 3A gezeigt, die den Aufbau einer herkömmlichen Antriebsanlage mit Drehfeldmaschine 30, Pulswechselrichter 31 und Zwischenkreiskondensator C zeigt, nehmen hier beträchtliche Ausmaße an, die einer Integration im Wege stehen.
Darüber hinaus haben erste Messungen im Absorberraum gezeigt, dass hier keine Kompromisse gemacht werden können. Die Filterung ist notwendig, um die harten EMV-Bestimmungen bei Kraftfahrzeugen zu erfüllen. Gebot ist, die Ströme der Maschine zu verringern und damit die Filterströme, bei gleichbleibenden sonstigen Eigenschaften des Antriebs.
Herkömmlich geschieht die Auslegung des Antriebssystems mit Drehfeldmaschine und Pulswechselrichter wie folgt und unter Bezugnahme auf Fig. 3B beschrieben.
Fig. 3B zeigt eine herkömmliche Drehzahl-Drehmoment- Charakteristik. Die durchgezogene Linie in Fig. 3B zeigt, was mit einer bestimmten Auslegung der Drehfeld-Maschine und einer zugehörigen Pulswechselrichter-Leistung erreichbar ist. Soll z.B. das Startmoment unter Beibehaltung der Standard- Pulswechselrichter-Topologie, d.h. einem Pulswechselrichter in Sechspulsbrückenschaltung, und Beibehaltung der Pulswechselrichter- (Schein) -Leistung vergrößert werden, so muss die Wicklung der Drehfeld-Maschine entsprechend abgeändert werden. Im einfachsten Fall werden mehr Windungen mit dünneren Drähten ausgeführt. Dies führt zur gestrichelt eingezeichneten Kennlinie in Fig. 3B. Es ist zu erkennen, dass diese Maßnahme zwar bei unveränderter Pulswechselrichter-Leistung das Startmoment anheben kann, jedoch nur auf Kosten der Generator-Leistung bei höheren Drehzahlen. Der Auslegungspunkt senkt sich dementsprechend ab. Aufgrund der höheren Windungszahl erreicht die Drehfeld-Maschine ihren Feldschwächbetrieb, d.h. die Pulswechselrichter-Aussteuergrenze, früher und kann später bei Generatorbetrieb weniger Leistung abgeben.
Insbesondere bei Kraftfahrzeug-Anwendungen und speziell Starter-Generator-Anordnungen spielen zudem die Kosten für den Pulswechselrichter eine entscheidende Rolle. Die Kosten eines Pulswechselrichters werden heute nicht mehr so sehr nach der Stromstärke bewertet, die der Pulswechselrichter tragen muss, sondern nach derjenigen Stromstärke, die in der Topologie zu kommutieren ist. Diese Kenngröße bestimmt den Filteraufwand, welcher im besonders EMV-sensiblen Bereich der Automobilindustrie in besonderem Maße zu Buche schlägt. Die Filter stehen außerdem einer Miniaturisierung im Wege, weiterhin sind es vor allem auch die Zuverlässigkeitsprobleme bei hohen Temperaturen. Daher muss versucht werden, die Leistungselektronik in der Antriebsschaltung so effizient wie möglich zu gestalten, insbesondere die zu kommutierenden Ströme abzusenken.
In M. Osama, T.A. Lipo „Modeling and Analysis of a Wide- Speed-Range Induction Motor Drive Based on Electronic Pole Changing", IEEE Transactions on Industry Application, Vol. 33, Nr. 5, September/Oktober 1997 ist eine polumschaltbare Drehfeld-Maschine mit zwei Wicklungssystemen und zwei ge- trennten Pulswechselrichtern beschrieben. In der speziellen Kombination der WicklungsSysteme ergeben sich aber suboptimale Wicklungsfaktoren, so dass die Drehfeld-Maschine für eine gegebene Baugröße des Pulswechselrichters den maximal möglichen Pulswechselrichterström nicht optimal in Drehmoment umsetzen kann. Das dynamische Verhalten bei Umschaltung der Drehfeld-Maschine ist nicht ohne entsprechende Drehmoment- Transiente möglich, was im Triebstrang besondere Probleme aufwerfen kann, was zu Komforteinbussen für den Benutzer führen kann. Ein ähnliches Problem hat auch die seit langem bekannte DahlanderSchaltung.
In DE 199 31 010 AI ist ein an sich bekannte, sogenannte „Di- ode-Clamp Double-Three-Level Converter" durch ein neuartiges Pulsverfahren derart angesteuert, dass man eine Se- riell/Parallel-Umschaltung der beiden WicklungsSysteme herbeiführen kann. Hierbei bleibt die Polzahl der Drehfeld- Maschine beim Umschalten erhalten. Da die Umschaltung durch andere Vorgabe der Spannungszeiger bewirkt wird, geht die Umschaltung auch geräuschlos und ohne Drehmoment-Transiente von statten. Die Wicklungssysteme können zudem noch in der Phase „geschwenkt" werden, so dass eine weitere, signifikante Reduktion des zu filternden Zwischenkreisstromes erreicht werden kann. Obwohl technisch am weitesten entwickelt, ist dieses Systems jedoch sehr aufwendig und kostenintensiv.
Daher wäre ein System mit einem Einspeise-Stromrichter und einem Maschinen-Stromrichter, also einem echten Umrichter besser geeignet, da dann eine größere Flexibilität erreicht werden kann. Ein derartiger echter Umrichter ist beispielsweise in L. Sack „Reduction of Losses in the DC-Link Capaci- tor of Two-Stage Seif-Commutated Converters", Proceedings of the EPE '99, Lausanne, Schweiz beschrieben. Hier kann durch Synchronisierung der Pulsmuster ebenfalls eine signifikante Reduktion des zu filternden Ripplestroms erreicht werden. Gelingt es, die Rippleströme zu verringern, so wird gleichzeitig auch der Wirkungsgrad des Systems gesteigert, da herkömm- lieh auch relativ viel Energie am Einspeise-Stromrichter des Kondensators in Verluste umgesetzt wird.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Generator/Motor-System und ein Verfahren zur Betrieb dieses Motor/Generator-Systems auszubilden, bei/mit dem die zu kommu- tierenden Ströme im Pulswechselrichter auf einfache und kostengünstige Weise signifikant verringert werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Generator/Motor- System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben dieses Generator/Motor-Systems mit den Merkmalen von Anspruch 8 gelöst .
Vorteilhaft ist es insbesondere, dass es durch die Aufteilung des Pulswechselrichters in zwei identische Pulswechselrichter jeweils halber Bauleistung möglich wird, das Generator/Motor- System sowohl in Sternschaltung als auch in Einzelstrangschaltung zu betreiben und dadurch eine gleichmäßige Strombelastung des Filters über einen weiten Bereich hinweg zu erhalten. Dadurch wird sowohl ein Spitzenstrom beim Starten als auch eine Auslegung der Filter auf diese Spitzenbelastung vermieden, da in Sternschaltung nur in etwa die Hälfte der herkömmlichen Phasenströme kommutiert werden muss.
Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.
Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Generator/Motor-Systems,
Fig. 2 eine Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik eines herkömmlichen Generator/Motor-Systems und eine äquiva- lente Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik des erfindungsgemäßen Generator/Motor-Systems und Fig. 3 mit den Fig. 3A und 3B eine herkömmlichen Antriebsanlage sowie eine zugehörige Drehzahl-Drehmoment- Charakteristik.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Generator/Motor-Systems. Das erfindungsgemäße Generator/Motor- System weist eine dreisträngige Drehfeldmaschine DM auf, deren einzelne Generator-Phasenwicklungen bzw. Maschinenstränge a, b und c mit einem ersten und einem zweiten Pulswechselrichter PWRl und PWR2 verbunden sind. Der erste und der zweite Pulswechselrichter PWRl und PWR2 sind identisch ausgebildet und besitzen die identische Bauleistung. Jeder Pulswechselrichter PWRl bzw. PWR2 besteht aus sechs elektronischen Zweigschaltern Sl bis S6, die beispielsweise durch MOS- Transistoren oder IGBT (Integrated-Gate-Bipolar-Transistoren) gebildet und in drei Zweigpaaren in Reihe liegend und symmetrisch angeordnet sind, und einem parallel zum Pulswechselrichter geschalteten Filterkondensator Cl bzw. C2. Durch die Aufteilung in den ersten und zweiten Pulswechselrichter PWRl und PWR2 können diese Filterkondensatoren Cl bzw. C2 bedeutend kleiner gewählt werden, was sich vorteilhaft auf Baugröße und Verlustleistung auswirkt.
Zwischen den beiden Pulswechselrichtern PWRl und PWR2 ist parallel zu den Maschinensträngen a, b, c ein elektronischer Schalter S7 ausgebildet, über den eine positive Sammelschiene des ersten Pulswechselrichters PWRl mit der positiven Sammel- schiene des zweiten Pulswechselrichters PWR2 verbindbar bzw. davon trennbar ist. Dieser elektronische Schalter S7 kann, a- ber muss nicht bidirektional sein. Als nicht bidirektionaler Schalter kann für den Schalter S7 ein PowerMOS-Transistor mit parasitärer Inversdiode verwendet werden. Im folgenden wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 das Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Generator/Motor-Systems erläutert .
Das erfindungsgemäße Generator/Motor-System gestattet zwei verschiedene Betriebsmodi .
1. Betrieb "in Sternschaltung
In Sternschaltung sind die Zweigschalter Sl, S2 und S3 geschlossen und die Zweigschalter S4, S5 und S6 sowie der e- lektronische Schalter S7 offen. Der Pulswechselrichter PWRl bildet so einen Sternpunkt für die 3 abgebildeten Maschinenstränge a, b und c. Bei spannungseinprägenden Pulswechselrichtern PWRl und PWR2 in Sechspulsbrückenschaltung springt das Potential des Sternpunkts in Abhängigkeit der eingeschalteten Spannungszeiger zwischen 1/3 und 2/3 der Spannung des Zwischenkreises. Bestehen die Schalter aus MOS, so kann die Inversdiode nicht aufgesteuert werden.
Da jetzt verglichen mit dem Stand der Technik nur der halbe Pulswechselrichter, nämlich der Pulswechselrichter PWRl für die Stromführung zur Verfügung steht, bekommt die Drehfeldmaschine DM zum Ausgleich mehr Statorwindungen. Die Durchflutung, die das Drehmoment bestimmt, bleibt somit erhalten. Damit ergibt sich der Kennlinien-Ast 1 in Fig. 2. Es wird ein gleich großes Drehmoment realisiert, aber da nur die eine Hälfte der Schaltung an der Energieumsetzung teilnimmt, nämlich der Pulswechselrichter PWRl, muss auch nur etwa die Hälfte der ursprünglichen Phasenströme kommutiert werden. Lässt man die gleiche Welligkeit der Zwischenkreisspannung zu, halbiert sich auch in etwa der Filteraufwand.
2. Betrieb in Einzelstrangschaltung („open delta")
Natürlich wird aufgrund der annähernd doppelt so vielen Statorwindungen der Drehfeldmaschine DM die Aussteuergrenze des Pulswechselrichters PWRl bereits bei der halben Drehzahl gegenüber der Standard-Lösung erreicht . Dann wird der durch den Pulswechselrichter PWRl gebildete Sternpunkt aufgelöst und das Generator/Motor-System in Einzelstrangschaltung betrieben. Dazu wird der elektronische Schalter 7 geschlossen und der Pulswechselrichter PWRl derart angesteuert, dass jeder Strang eine eigene Halbbrücke erhält, d.h. es werden alle Zweigschalter des ersten und des zweiten Pulswechselrichters PWRl und PWR2 geschlossen. Durch diese Herabsetzung der Klemmenspannung auf ungefähr die Hälfte wird die Aussteuergrenze des erfindungsgemäßen Generator/Motor-Systems weiter zu höheren Drehzahlen hin verlagert. Es wird der selbe Bemessungspunkt realisiert. Ein Kennlinienast 2 der Kennlinie der erfindungsgemäßen Generator/Motor-Systems deckt sich dann ungefähr mit der einer Standard-Schaltung.
Somit ist das Ziel mit Hilfe der erfindungsgemäßen, umschaltbaren Generator/Motor-Systems erreicht. Durch die Umschaltung des Motor/Generator-Systems erfolgt eine Vergleichmäßigung der Strombelastung des Filters über einen weiten Bereich hinweg. Der Spitzenstrom beim Starten so wie die Auslegung der Filter auf diese Spitzenbelastung wird somit vermieden.
Das Umschalten von einem Betriebsmodus auf den anderen erfolgt erfindungsgemäß wirkungsgradoptimiert . Gezeigt sind in Fig. 2 nur die Maximal-Charakteristiken. Bei Teillast übernimmt eine Steuereinheit, die als Softwaremodul realisiert sein kann, wirkungsgradoptimiert den genauen, kennfeidabhängigen Umschaltpunkt . Da die Umschaltung stoßfrei geschieht , kann prinzipiell beliebig oft umgeschaltet werden.
Weiterhin ist es an der erfindungsgemäßen Schaltung vorteilhaft, dass mit dem Schalter S7 ein Teil der Kondensator- Ruheströme abgeschaltet werden kann.
Zudem ist die Zuverlässigkeit erhöht, da die Einzelstrangschaltung auch bei Asynchronmaschinen einen, allerdings etwas eingeschränkten Betrieb gestattet, wenn ein elektronischer Schalter in dem Generator/Motor-System einen Fehler hat, wie beispielsweise Kurzschluss oder Trennung) . Es kann dann immer noch ein Drehfeld aufgebaut werden, was bei einer Standardbrückenschaltung mit 3 Phasen nicht möglich ist .
Außerdem ist der Wirkungsgrad erhöht, da die Verringerung der Rippleströme nicht nur in eine Verringerung der Filter insgesamt mündet, sondern auch zur Verringerung der Filterverluste führt .

Claims

Patentansprüche
Elektrisches Generator/Motor-System, insbesondere zur Anwendung bei beweglichen Einheiten, Kraftfahrzeugen, Schiffen und dergleichen als Bordnetzgenerator und Starter, mit : einer Drehfeldmaschine (DM) mit drei Generator- Phasenwicklungen (a, b, c) und einem Pulswechselrichter mit einer vorbestimmten Maximal- Leistung, der mit den drei Generator-Phasenwicklungen (a, b, c) der Drehfeldmaschine (DM) verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Pulswechselrichter in einen ersten und einen zweiten zueinander identischen Pulswechselrichter (PWRl, PWR2) der halben Maximal-Leistung aufgeteilt ist, der erste und der zweite Pulswechselrichter (PWRl, PWR2) jeweils drei Zweigpaare (Sl, S4 ; S2, S5; S3 , S6) aufweisen, jedes der drei Zweigpaare (Sl, S4 ; S2 , S5; S3, S6) mit einer zugehörigen der drei Generator-Phasenwicklungen
(a, b, c) verbunden ist und aus wenigstens zwei gleichsinnig in Reihe liegenden, symmetrisch angeordneten elektronischen Zweigschaltern (Sl bis S6) besteht, das Zweigpaar (Sl, S4; S2, S5; S3 , S6) über die Zweigschalter (Sl bis S6) an einer Gleichspannungsquelle anliegt, wobei der Anschluss der Generator-Phasenwicklungen
(a, b, c) zwischen einem Pol de:" LGleichspannungsquelle und dem Mittelpunkt des zugehörigen Zweigpaars (Sl, S4; S2 , S5; S3, S6) erfolgt, zu den Zweigpaaren (Sl, S4 ; S2 , S5; S3 , S6) des ersten und des zweiten Pulswechselrichters (PWRl, PWR2) jeweils ein Filterkondensator (Cl, C2) parallel geschaltet ist und ein elektronischer Schalter (S7) in einer den ersten Pulswechselrichter (PWRl) und den zweiten Pulswechselrichter
(PWR2) mit einem positiven Pol der Gleichspannungsquelle verbindenden positiven Sammelschiene ausgebildet ist, über den die positiven Sammelschienen der Pulswechselrichter
(PWRl, PWR2) verbunden und voneinander getrennt werden können.
2. Elektrisches Generator/Motor-System nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der elektronische Schalter (S7) unidirektional ist.
3. Elektrisches Generator/Motor-System nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der elektronische Schalter (S7) ein PowerMOS-Transistor mit parasitärer Inversdiode ist .
4. Elektrisches Generator/Motor-System nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der elektronische Schalter (S7) ein bidirektionaler Schalter ist.
5. Elektrisches Generator/Motor-System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zweigschalter (Sl bis S6) PowerMOS-Transistoren mit parasitärer Inversdiode sind.
6. Elektrisches Generator/Motor-System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Drehfeldmaschine (DM) eine derart erhöhte Anzahl von Statorwindungen besitzt, dass bei Zuschaltung von nur einem Pulswechselrichter (PWR2) eine Durchflutung erreicht werden kann, die einer Durchflutung bei Zuschaltung des gesamten Pulswechselrichters, d.h. des ersten und des zweiten Pulswechselrichters (PWRl, PWR2) ohne Erhöhung der Anzahl von Statorwindungen entspricht.
7. Elektrisches Generator/Motor-System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass weiterhin eine Steuereinheit vorgesehen ist, die bei Teillast wirkungsgradoptimiert einen kennfeidabhängigen Umschaltpunkt von einer Sternschaltungs-Betriebsart in eine Einzelstrangschaltung durchführt .
8. Verfahren zum Betreiben eines Generator/Motor-Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 7, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Schritte: Betreiben des Generator/Motor-Systems in Sternschaltung durch Geschlossenhalten von der auf der Seite des positiven Pols der Gleichspannungsquelle angeordneten Zweigschalter (Sl bis S3) des ersten Pulswechselrichters (PWRl) und Offenhalten sowohl der auf der Seite des negativen Pols der Gleichspannungsquelle angeordneten Zweigschalter (S4 bis S6) als auch des elektronischen Schalters (S7) sowie aller Zweigschalter des zweiten Pulswechselrichters
(PWR2) ;
Erfassen der Drehzahl der Drehfeldmaschine (DM) und Ermitteln eines kennfeidabhängigen Umschaltpunkts; am ermittelten Umschaltpunkt Umschalten des Generator/Motor-Systems auf Betrieb in Einzelstrangschaltung durch die Steuereinheit durch Schließen des elektronischen Schalters S7 und Ansteuern des ersten Pulswechselrichters derart, dass jede Generator-Phasenwicklung (a, b, c) ihre eigene H-Brücke erhält, d.h. indem alle Zweigschalter des ersten und zweiten Pulswechselrichters (PWRl, PWR2) ge- schlössen werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ermitteln des Umschaltpunkts wirkungsgradoptimiert erfolgt .
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