WO2021008726A1 - Verfahren und system mit einem über einen dc/dc-wandler aus einem energiespeicher gestützten gleichspannungszwischenkreis und einem netzteil - Google Patents

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WO2021008726A1
WO2021008726A1 PCT/EP2020/025300 EP2020025300W WO2021008726A1 WO 2021008726 A1 WO2021008726 A1 WO 2021008726A1 EP 2020025300 W EP2020025300 W EP 2020025300W WO 2021008726 A1 WO2021008726 A1 WO 2021008726A1
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connection
power
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PCT/EP2020/025300
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Nikolas MORVAN
Wolfgang Halder
Thomas Kühefuss
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Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg
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    • H02M1/322—Means for rapidly discharging a capacitor of the converter for protecting electrical components or for preventing electrical shock

Definitions

  • the invention relates to a method and a system with a DC voltage intermediate circuit supported by a DC / DC converter from an energy store and a power supply unit.
  • the invention is therefore based on the object of making a system as safe as possible.
  • the object is achieved in the method according to the features specified in claim 1 or 2 and in the system according to the features specified in claim 12.
  • the DC / DC converter being operated in such a way that the DC / DC converter at its first connection is in a first operating state, in particular and when the AC voltage supply network is operational, provides a first voltage
  • Operating state in particular and when a power failure is detected, i.e. failure of the AC voltage supply network, provides a second voltage, the first voltage being greater than a minimum voltage, wherein the second voltage is lower than the minimum voltage, in particular wherein one supplied from the first connection of the DC / DC converter
  • Inverter is switched off when the connection is present at this first connection
  • Voltage is less than the minimum voltage.
  • Signal electronics areas of the modules can be kept ready for operation. This increases security, since the monitoring and security functions carried out by the respective signal electronics areas are ready for operation for as long as possible.
  • Supply module is electrically connected in parallel to the DC voltage side connection of the inverter and to the first connection of the DC / DC converter, to the second connection of which the energy store is connected, the AC voltage side connection of the rectifier from one
  • AC voltage supply network is fed, with a low voltage, in particular 24 volts, being fed to the supply module, the DC / DC converter and the inverter from a first DC voltage side connection of the power supply unit, with an AC voltage side connection of the power supply unit from
  • AC voltage supply network is fed, with a second DC voltage side connection of the power supply parallel to
  • the DC voltage-side connection of the supply module is switched, wherein in a first operating state, in particular and when the AC voltage supply network is ready for operation, the DC / DC converter provides a first voltage at its first connection, with the DC / DC converter in a second operating state, in particular and when a network failure is detected, i.e. failure of the AC voltage supply network provides a second voltage at its first connection, the first voltage being greater than a minimum voltage, in particular 400 volts, the second voltage being less than the minimum voltage, the inverter being switched off when the voltage applied to its DC-side connection is lower than the minimum voltage.
  • Signal electronics areas of the modules can be kept ready for operation. This increases safety, since the monitoring and safety functions carried out by the respective signal electronics areas are ready for operation for as long as possible.
  • sensors for power failure detection are in the
  • the advantage here is that the information about the
  • Data bus connection to the bus subscribers connected for data exchange can be reported, in particular also to the DC / DC converter, which then sets the operating state as a function of the information. It is therefore important that the measurement technology for detecting the power failure is located in a different device than in the DC / DC converter. This measurement technology is otherwise required for the function and mode of operation of the supply module, since it has a DC / DC converter arranged on the DC / DC connection of the rectifier of the supply module, so that the power flow from the rectifier into the intermediate circuit can be controlled.
  • one is used to discharge the energy store
  • Resistance R in particular braking resistance, electrical power P constant over time is supplied permanently, in particular during a period of time T, in particular until the resistor is practically completely discharged, in particular with the period of time T being greater than the time constant of the constant electrical power supplied to the resistor
  • the advantage here is that power is not only applied to the resistor for a short time in order to lower the intermediate circuit voltage, but that the greatest possible power P is applied permanently. This power is preferably so great that the
  • the voltage U present at a series circuit formed from the resistor and a controllable semiconductor switch, in particular a brake chopper, is detected, the series circuit being either fed directly from the voltage made available by the energy store or via a DC / DC Converter from the vom
  • the controllable semiconductor switch being supplied with a pulse-width-modulated control signal with a pulse-width modulation ratio that is dependent on the value of the detected voltage, in particular wherein the pulse-width modulation ratio is determined according to (1 / U) * (P * R) L 1 is.
  • Pulse width modulation ratio is changed, in particular is increased when the voltage drops.
  • the controllable half-liter switch is permanently closed when the voltage U falls below a threshold value, in particular the threshold value (P * R) being L 1. This enables particularly fast deep discharge when the maximum power that can be fed to the resistor is in the permissible range.
  • Pulse width modulation is then avoided.
  • the system has a supply module comprising a mains-fed rectifier, the DC voltage side connection of which is connected to the DC voltage side connection of an inverter and to the first connection of a DC / DC converter, the second connection of the DC / DC converter to the the connection of the energy store providing the voltage U is connected, an electric motor, in particular a three-phase motor, being connected to the connection on the AC voltage side of the inverter.
  • a supply module comprising a mains-fed rectifier, the DC voltage side connection of which is connected to the DC voltage side connection of an inverter and to the first connection of a DC / DC converter, the second connection of the DC / DC converter to the connection of the energy store providing the voltage U is connected, an electric motor, in particular a three-phase motor, being connected to the connection on the AC voltage side of the inverter.
  • a DC / DC converter is arranged between the DC voltage side connection of the rectifier and the DC voltage side connection of the supply module, which regulates the power flow from the rectifier to the resistor R and the controllable
  • Rectifier and the controllable half liter switch are arranged integrated when
  • Discharge heat is generated either by the controllable semiconductor switch or alternatively by the diodes of the rectifier.
  • the advantage here is that the power flow from the AC voltage supply network to the intermediate circuit can be interrupted. This is particularly important when unloading.
  • the inverter has a power module on which controllable semiconductor switches arranged in half bridges are arranged.
  • the advantage here is that the controllable half-liter switches can be designed as circuit breakers and are nevertheless structurally integrated, that is, can be arranged on a common carrier.
  • the power P is less than the maximum from
  • the pulse width modulation frequency is N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoe
  • Time span T changed, in particular as pulse width modulation frequency different in particular discrete values can be used in chronological succession.
  • the advantage here is that the
  • Noise emission can be reduced or at least no monofrequency sound can be heard, but the sound energy can be divided into different frequencies. The sound impression is therefore more acceptable.
  • the current I flowing through the resistor R is detected, the current resistance value of the braking resistor being determined from the time-averaged voltage provided via the brake chopper and the time-averaged current, in particular according to U / 1, and below Consideration of a characteristic curve which shows the temperature dependence of the
  • Braking resistor represents the current temperature T of the respective braking resistor is determined.
  • the advantage here is that the temperature can be determined from the specific voltage and the specific current. In an advantageous embodiment, it is monitored whether the specific temperature T of the braking resistor exceeds a threshold value, in particular wherein an emergency shutdown of the brake chopper is carried out when it is exceeded.
  • a threshold value in particular wherein an emergency shutdown of the brake chopper is carried out when it is exceeded.
  • the specific temperature is regulated to a setpoint temperature in that the power P is set accordingly as the control value of a controller, in particular a PI controller.
  • Ambient temperature maximum power can be dissipated from the energy storage device to the environment.
  • the system is designed with a supply module, an inverter, a DC / DC converter, an energy store and a power supply unit, the DC voltage-side connection of the rectifier having
  • Supply module is electrically connected in parallel to the DC voltage side connection of the inverter and to the first connection of the DC / DC converter, to the second connection of which the energy store is connected, the AC voltage side connection of the rectifier from one
  • AC voltage supply network is fed, with a low voltage, in particular 24 volts, being fed to the supply module, the DC / DC converter and the inverter from a first DC voltage side connection of the power supply unit, with an AC voltage side connection of the power supply unit from
  • a second DC voltage-side connection of the power supply unit is connected in parallel to the DC-voltage side connection of the supply module, in particular so that the power supply unit can be supplied from the AC voltage supply network and / or via the DC / DC converter from the energy store, the DC / DC converter being so suitable It is designed that the DC / DC converter provides a first voltage at its first connection in a first operating state, in particular and when the AC voltage supply network is ready for operation, and the DC / DC converter in a second operating state, in particular and when a power failure is detected of the AC voltage supply network, provides a second voltage at its first connection, the first voltage being greater than a minimum voltage, in particular 400 volts, the second voltage being less than the minimum voltage, in particular the inverter being designed in such a way that the
  • Inverter is switched off when the voltage applied to its DC voltage-side connection is less than the minimum voltage.
  • sensors for power failure detection are in the
  • the advantage here is that the information about the power failure can be recognized directly on the AC voltage supply network and is medium
  • Data bus connection to the bus subscribers connected for data exchange can be reported, in particular also to the DC / DC converter, which then sets the operating state as a function of the information. It is therefore important that the measurement technology for detecting the power failure is located in a different device than in the DC / DC converter. This measurement technology is otherwise used for the function and operation of the supply module is required, since this has a DC / DC converter arranged on the DC voltage side connection of the rectifier of the supply module, so that the power flow from the rectifier into the intermediate circuit can be controlled.
  • the system has a supply module comprising a mains-fed rectifier, the DC-side connection of which is connected to the DC-side connection of an inverter of the system and to the first DC-side connection of a DC / DC converter of the system, the second DC-side connection being the DC / DC converter with the
  • Energy storage in particular accumulator arrangement and / or
  • Double-layer capacitor arrangement and / or ultracap arrangement is connected, wherein an electric motor, in particular three-phase motor, is connected to the AC voltage side connection of the inverter.
  • the energy storage can be discharged. This discharge can be carried out quickly because a very low ohmic resistance value can be used. This is because, by detecting the voltage applied to the series circuit, a constant power can be dissipated to the resistor by means of an appropriately suitable pulse width modulation, and rapid discharge can also be carried out at low voltages.
  • a DC / DC converter is arranged between the DC voltage side connection of the rectifier and the DC voltage side connection of the supply module.
  • a controllable semiconductor switch connected in series with the braking resistor is arranged in the housing of the DC / DC converter.
  • the advantage here is that the controllable semiconductor switch can be designed to be integrated with the other electronics of the DC / DC converter and can then also be used for heat dissipation.
  • a controllable semiconductor switch connected in series with the braking resistor is integrated on a power module which has diodes and / or controllable semiconductor switches arranged in half bridges.
  • the rectifier is integrated with the controllable semiconductor switch and designed to be heat-dissipated together.
  • the power module is arranged in the housing of the inverter or of the supply module.
  • Semiconductor switch can be arranged integrated in the power module and thus the cooling of the controllable power module can be carried out with the cooling of the power module, in particular by means of a heat sink, which dissipates the heat loss of the controllable semiconductor switches of the inverter arranged in half bridges and the controllable semiconductor switch assigned to the resistor to the environment.
  • FIG. 1 A system according to the invention is shown schematically in FIG. 1
  • a supply module 1 fed by an AC voltage supply network 8 provides a unipolar voltage at its connection on the DC voltage side.
  • the DC voltage-side connection of an inverter 2 is connected to this connection, with a three-phase voltage from an electric motor 4, in particular from an electric motor 4, from the inverter 2 at the AC voltage-side connection of the inverter 2
  • AC motor in particular three-phase motor, is made available.
  • the inverter is controlled by control electronics 3.
  • the control electronics 3 generate pulse-width-modulated control signals for the controllable semiconductor switches of the inverter, which are arranged in half-bridges connected in parallel to one another, this parallel connection of half-bridges being able to be fed from the unipolar voltage.
  • these semiconductor switches are integrated on a module on which a further controllable semiconductor switch is also integrated, which can be referred to as a brake chopper.
  • the brake chopper is connected in series with a resistor which can be referred to as a braking resistor (7, 12), this series connection also being able to be fed from the unipolar voltage.
  • a connection of a DC / DC converter 5 is also connected to the connection on the DC voltage side of the supply module 1, so that this DC / DC converter 5 is connected in parallel to the inverter 2.
  • An energy store 6 is connected to the other connection of the DC / DC converter 5.
  • the DC / DC converter 5 thus enables a power flow from the energy store 6 to the intermediate circuit having unipolar voltage or vice versa, even if the amount of the unipolar voltage is very different from the amount of the voltage applied to the energy store 6.
  • the energy store 6 is as an electrolytic capacitor arrangement
  • Double-layer capacitor arrangement and / or preferably designed as a storage battery arrangement are identical to Double-layer capacitor arrangement and / or preferably designed as a storage battery arrangement.
  • the supply module 1 can be implemented as a mains-fed rectifier. However, a DC / DC converter is preferably arranged between the mains-fed rectifier and the DC voltage-side connection of the supply module 1, so that the power flow from the AC voltage supply network 8 into the intermediate circuit can be controlled.
  • the rectifier in turn preferably has a module on which the diodes of the rectifier are integrated and on which a further controllable semiconductor switch is also integrated, which can be referred to as a brake chopper.
  • the brake chopper is connected in series with a further resistor 13, which can be referred to as a braking resistor, this series connection also being able to be fed from the DC voltage-side connection of the rectifier.
  • the DC / DC converter 5 also includes a further controllable semiconductor switch that is integrated, which can be referred to as a brake chopper.
  • This brake chopper is connected in series with a further resistor 7, which can be referred to as a braking resistor, this series connection also being able to be fed from the DC voltage-side connection of the rectifier or from the voltage applied to the energy store 6.
  • the security of the system is increased by a discharge of the
  • Energy storage is controlled executable. This is important not only when the energy store 6 is being transported, but also when the system is being serviced when the energy store is to be discharged. Discharging is also important for special types of energy storage if a memory effect is to be prevented. For example, NiCd batteries are regularly discharged over time.
  • Discharging takes place in such a way that the brake chopper of the respective braking resistor (7, 12, 13) is controlled depending on the unipolar voltage or on the voltage U applied to the series circuit formed by the braking resistor and the associated brake chopper in such a way that the respective braking resistor R a constant power is continuously supplied.
  • This electrical power P supplied to the respective braking resistor permanently until the energy store is practically completely discharged is specified as high as possible. It is therefore preferably the same as the rated power of the braking resistor R.
  • the voltage U is recorded and the respective brake chopper is preferably controlled with a pulse width modulation ratio (1 / U) * (P * R) L 1.
  • the power supplied to the respective braking resistor remains constant even when the voltage U drops.
  • the nominal power that is to say also the power P, is less than that in the generator operation of the electric motor from the electric motor 4 via the inverter 2
  • the ohmic resistance of the respective braking resistor R can therefore be selected to be very small and therefore a practically complete discharge can be achieved in a short time.
  • the pulse width modulation can even be replaced by permanently closing the controllable switch. In this way, a particularly fast total discharge is made possible. As soon as the voltage falls below a second, even smaller threshold value, the switch is then opened again in order to protect the battery cells against destruction. In the manner described, energy from the intermediate circuit is via the
  • Braking resistors (7, 12, 13) convertible into heat.
  • Minimum voltage no discharge through the braking resistors 12 and 13 can be carried out.
  • the supply module 1 When the energy store 6 is discharged, the supply module 1 does not conduct any electrical power from the AC voltage supply network to the intermediate circuit.
  • a power supply 9 that on the one hand consists of the
  • AC voltage supply network 8 can also be supplied from the other hand
  • Intermediate circuit can be supplied, i.e. from a DC voltage. A supply is thus still available even in the event of a power failure, since energy can still be supplied to the intermediate circuit from the energy store 6 via the DC / DC converter 5.
  • the power supply 9 is within a period of time after the occurrence of the power failure
  • Low voltage in particular 24 volts, can be provided.
  • the time span is limited, however, by the energy which is present in the storage device 6 and, if necessary, by further power sinks arranged on the intermediate circuit.
  • Signal electronics area can be supplied by components of the system, such as part of the signal electronics of the supply module 1, part of the signal electronics of the DC / DC converter 5, the signal electronics 3 of the inverter 2, a higher-level controller 10 and other consumers that can be fed by the low voltage .
  • Energy store 6 provided voltage to the first required in the intermediate circuit Voltage, i.e. nominal intermediate circuit voltage, up or down if necessary. This first voltage is greater than a minimum voltage, in particular 400 volts.
  • the inverter 2 is switched off below the minimum voltage.
  • sensors are attached to the supply module 1, in particular means for detecting the phase voltages of the three-phase network
  • the signal electronics of the supply module 1 also functions as an evaluation unit for the signals from these sensors arranged on the supply module 1 on the network side. As soon as a power failure is detected, corresponding information is reported to the other bus participants via the data bus
  • the DC / DC converter 5 continues to provide the
  • the intermediate circuit nominal voltage is available to the intermediate circuit until the inverter 2 is in a safe state, in particular that supplied by the inverter 2
  • Electric motor 4 is braked.
  • the DC / DC converter 5 After receiving the information about the attainment of the safe state, the DC / DC converter 5 only provides a second voltage to the intermediate circuit, which is smaller than that
  • Minimum voltage is.
  • the second voltage is slightly more than 24 volts, so that 24 volts can be made available by the power pack.
  • the power consumed by the system is preferably determined by signal electronics of the DC / DC converter 5 from the current flowing from the DC / DC converter 5 into the intermediate circuit and the voltage detected at the intermediate circuit, and from this, taking into account the charging energy currently available in the memory 6 the respective remaining runtime is determined, the remaining runtime being the time in which the power supply unit is still able to provide the second voltage to the intermediate circuit.
  • no DC / DC converter 5 is provided, but the energy store 6 is connected directly to the intermediate circuit.
  • the energy store 6 is made available as completely as possible to the power supply unit 9, so that the low voltage can be provided by the power supply unit 9 for as long as possible.
  • the current flowing through the respective braking resistor is detected and from that via the braking chopper
  • time-averaged voltage as well as the recorded and time-averaged current determines the current resistance value of the braking resistor and below
  • the surrounding heat transfer resistance can be taken into account.
  • Pulse width modulation frequency used, but the pulse width modulation frequency is changed over time or continuously. In this way, less disruptive noise emission can be brought about.
  • I I bus subscribers especially consumers 12 braking resistor

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Abstract

Verfahren und System zum Betreiben eines Systems mit Energiespeicher und Widerstand, wobei zur Entladung des Energiespeichers dem Widerstand R eine zeitlich konstante elektrische Leistung P dauerhaft, insbesondere während einer Zeitspanne T, zugeführt wird, insbesondere bis zum praktisch vollständigen Entladen des Widerstands, insbesondere wobei die Zeitspanne T größer ist als die Zeitkonstante des durch eine an den Widerstand zugeführte, zeitlich konstante, elektrische Dauerleistung bewirkten Temperaturanstiegs des Widerstands R.

Description

Verfahren und System mit einem über einen DC/DC-Wandler aus einem Energiespeicher gestützten Gleichspannungszwischenkreis und einem Netzteil
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft Verfahren und ein System mit einem über einen DC/DC-Wandler aus einem Energiespeicher gestützten Gleichspannungszwischenkreis und einem Netzteil.
Es ist allgemein bekannt, dass Bremswiderstände verwendet werden, um die im
generatorischen Betrieb von Elektromotoren erzeugte Energie zu verringern, damit das Entstehen gefährlich hoher Spannungen verhindert wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System möglichst sicher zu machen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1 oder 2 und bei dem System nach den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren nach Anspruch 1 zum Betreiben des Systems sind, dass das System mit einem über einen DC/DC-Wandler aus einem
Energiespeicher gestützten Gleichspannungszwischenkreis und einem aus einem
Wechselspannungsversorgungsnetz und aus dem Zwischenkreis versorgbaren Netzteil, das eine Kleinspannung, insbesondere 24 Volt, zur Verfügung stellt, vorgesehen ist, wobei der DC/DC-Steller derart betrieben wird, dass der DC/DC-Wandler an seinem ersten Anschluss in einem ersten Betriebszustand, insbesondere und bei betriebsbereitem Wechselspannungsversorgungsnetz, eine erste Spannung bereitstellt,
- wobei der DC/DC-Wandler an seinem ersten Anschluss in einem zweiten
Betriebszustand, insbesondere und bei erkanntem Netzausfall, also Ausfall des Wechselspannungsversorgungsnetzes, eine zweite Spannung bereitstellt, wobei die erste Spannung größer als eine Mindestspannung ist, wobei die zweite Spannung kleiner als die die Mindestspannung ist, insbesondere wobei ein aus dem ersten Anschluss des DC/DC-Wandler versorgter
Wechselrichter abgeschaltet wird, wenn die an diesem ersten Anschluss anliegende
Spannung kleiner als die Mindestspannung ist.
Von Vorteil ist dabei, dass das Netzteil nach dem Netzausfall noch möglichst lange Zeit die Kleinspannung zur Verfügung stellt und somit die vom Netzteil versorgten
Signalelektronikbereiche der Module betriebsbereit haltbar sind. Somit ist die Sicherheit erhöht, da die durch die jeweiligen Signalelektronikbereiche ausgeführten Überwachungs- und Sicherheitsfunktionen möglichst lange betriebsbereit sind.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren nach Anspruch 2 sind, dass das System mit einem Versorgungsmodul, einem Wechselrichter, einem DC/DC-Wandler, einem
Energiespeicher und einem Netzteil ausgeführt ist, wobei der gleichspannungsseitige Anschluss des einen Gleichrichter aufweisenden
Versorgungsmoduls elektrisch parallel geschaltet ist zum gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters und zum ersten Anschluss des DC/DC-Wandlers, an dessen zweiten Anschluss der Energiespeicher angeschlossen ist, wobei der wechselspannungsseitige Anschluss des Gleichrichters von einem
Wechselspannungsversorgungnetz gespeist ist, wobei von einem ersten gleichspannungsseitigen Anschluss des Netzteils eine Kleinspannung, insbesondere 24 Volt, dem Versorgungsmodul, dem DC/DC-Wandler und dem Wechselrichter zugeführt wird, wobei ein wechselspannungsseitiger Anschluss des Netzteils vom
Wechselspannungsversorgungsnetz gespeist ist, wobei ein zweiter gleichspannungsseitiger Anschluss des Netzteils parallel zum
gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls geschaltet ist, wobei in einem ersten Betriebszustand, insbesondere und bei betriebsbereitem Wechselspannungsversorgungsnetz, der DC/DC-Wandler an seinem ersten Anschluss eine erste Spannung bereitstellt, wobei in einem zweiten Betriebszustand, insbesondere und bei erkanntem Netzausfall, also Ausfall des Wechselspannungsversorgungsnetzes, der DC/DC-Wandler an seinem ersten Anschluss eine zweite Spannung bereitstellt, wobei die erste Spannung größer als eine Mindestspannung, insbesondere 400 Volt, ist, wobei die zweite Spannung kleiner als die eine Mindestspannung ist, wobei der Wechselrichter abgeschaltet wird, wenn die an seinem gleichspannungsseitigen Anschluss anliegende Spannung kleiner als die Mindestspannung ist.
Von Vorteil ist dabei, dass das Netzteil nach dem Netzausfall noch möglichst lange Zeit die Kleinspannung zur Verfügung stellt und somit die vom Netzteil versorgten
Signalelektronikbereiche der Module betriebsbereit haltbar sind. Somit ist die Sicherheit erhöht, da die durch die jeweiligen Signalelektronikbereiche ausgeführten Überwachung- und Sicherheitsfunktionen möglichst lange betriebsbereit sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Sensoren zur Netzausfallerkennung im
Versorgungsmodul angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die Information über den
Netzausfall direkt am Wechselspannungsversorgungsnetz erkennbar ist und mittel
Datenbusverbindung an die zum Datenaustausch verbundenen Busteilnehmer weitermeldbar ist, insbesondere auch an den DC/DC-Wandler, der dann abhängig von der Information den Betriebszustand einstellt. Hierbei ist also wichtig, dass die Messtechnik zur Erkennung des Netzausfalls in einem anderen Gerät angeordnet ist als in dem DC/DC-Wandler. Diese Messtechnik wird ansonsten für die Funktion und Betriebsweise des Versorgungsmoduls benötigt, da dieses einen am gleichspannugnsseitigen Anschluss des Gleichrichters des Versorgungsmoduls angeordneten DC/DC-Steller aufweist, so dass der Leistungsfluss vom Gleichrichter in den Zwischenkreis steuerbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zur Entladung des Energiespeichers einem
Widerstand R, insbesondere Bremswiderstand, eine zeitlich konstante elektrische Leistung P dauerhaft, insbesondere während einer Zeitspanne T, zugeführt wird, insbesondere bis zum praktisch vollständigen Entladen des Widerstands, insbesondere wobei die Zeitspanne T größer ist als die Zeitkonstante des durch eine an den Widerstand zugeführte, zeitlich konstante, elektrische Dauerleistung bewirkten
Temperaturanstiegs des Widerstands R.
Von Vorteil ist dabei, dass der Widerstand nicht nur kurzzeitig mit Leistung beaufschlagt wird, um die Zwischenkreisspannung abzusenken, sondern dauerhaft mit einer möglichst großen Leistung P beaufschlagt wird. Diese Leistung ist vorzugsweise derart groß, dass der
Widerstand gerade noch nicht zerstört wird. Somit ist die maximal zulässige Leistung dauerhaft an die Umgebung als Wärme abführbar. Mittels dieser erfindungsgemäßen Methode ist ein möglichst kleiner Widerstandswert verwendbar, also eine schnelle Entladung des Energiespeichers ausführbar. Solche Entladungen sind im Transportfall sowie im Servicefall wichtig.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die an einer aus dem Widerstand und einem steuerbaren Halbleiterschalter, insbesondere Brems-Chopper, gebildeten Reihenschaltung anliegende Spannung U erfasst, wobei die Reihenschaltung entweder direkt von der vom Energiespeicher zur Verfügung gestellten Spannung gespeist wird oder über einen DC/DC-Wandler aus der vom
Energiespeicher zur Verfügung gestellten Spannung gespeist wird, wobei dem steuerbaren Halbleiterschalter ein pulsweitenmoduliertes Ansteuersignal mit einem Pulsweitenmodulationsverhältnis zugeführt wird, das vom dem Wert der erfassten Spannung abhängig ist, insbesondere wobei das Pulsweitenmodulationsverhältnis gemäß (1 / U) * (P * R) L 1 bestimmt ist. Von Vorteil ist dabei, dass abhängig von der Spannung das
Pulsweitenmodulationsverhältnis verändert wird, insbesondere bei absinkender Spannung vergrößert wird. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der steuerbare Halbeliterschalter dauerhaft geschlossen, wenn die Spannung U einen Schwellwert unterschreitet, insbesondere wobei der Schwellwert (P * R) L 1 ist. Somit ist ein besonders schnelles Tiefentladen ermöglicht, wenn die maximal dem Widerstand zuführbare Leistung im zulässigen Bereich ist. Eine
Pulsweitenmodulation wird dann also vermieden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das System ein einen netzgespeisten Gleichrichter umfassendes Versorgungsmodul auf, dessen gleichspannungsseitiger Anschluss mit dem gleichspannungsseitigen Anschluss eines Wechselrichters verbunden ist und mit dem ersten Anschluss eines DC/DC-Wandlers, wobei der zweite Anschluss des DC/DC-Wandlers mit dem die Spannung U bereitstellenden Anschluss des Energiespeichers verbunden ist, wobei am wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters ein Elektromotor, insbesondere Drehstrommotor, angeschlossen ist. Von Vorteil ist dabei, dass das System einen Energiespeicher aufweist, welcher generatorisch erzeugte Energie des Elektromotors abpuffert und somit bei motorischer Leistungsentnahme aus dem Zwischenkreis den
Leistungsbezug aus dem Wechselspannungsversorgungsnetz klein hält.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters und dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls ein DC/DC-Steller angeordnet ist, welcher den Leistungsfluss vom .Gleichrichter zur aus Widerstand R und steuerbarem
Halbeliterschalter gebildeten Reihenschaltung stoppt während des Entladens des
Energiespeichers, insbesondere so dass auf demjenigen Leistungsmodul, auf welchem die Dioden des
Gleichrichters und den steuerbaren Halbeliterschalter integriert angeordnet sind, beim
Entladen Wärme erzeugt wird durch entweder den steuerbaren Halbleiterschalter oder alternativ durch die Dioden des Gleichrichters. Von Vorteil ist dabei, dass der Leistungsfluss vom Wechselspannungsversorgungnetz zum Zwischenkreis hin unterbrechbar ist. Dies ist insbesondere beim Entladen wichtig. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Wechselrichter ein Leistungsmodul auf, an welchem in Halbbrücken angeordnete steuerbare Halbleiterschalter angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass die steuerbaren Halbeliterschalter als Leistungsschalter ausführbar sind und trotzdem baulich integriert, also auf einem gemeinsamen Träger, anordenbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Leistung P kleiner ist als die maximal vom
Elektromotor über den Wechselrichter zum gleichspannungsseitigen Anschluss des
Wechselrichters im generatorischen Betrieb des Elektromotors rückspeisbare Leistung. Von Vorteil ist dabei, dass mittels des Enegiespeicher zwar eine dauerhaft konstante Leistung abführbar ist, aber die bei generatorischer Betriebsart überschüssige Energie im
Energiespeicher gespeichert werden muss.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Pulsweitenmodulationsfrequenz des
Ansteuersignals während des Zuführens der Leistung P, insbesondere während der
Zeitspanne T, verändert, insbesondere als Pulsweitenmodulationsfrequenz zeitlich nacheinander unterschiedliche insbesondere diskrete Werte verwendet werden. Von Vorteil ist dabei, dass die
Geräuschemission verringerbar ist oder zumindest kein monofrequenter Ton hörbar ist, sondern die Schallenergie auf verschiedene Frequenzen aufteilbar ist. Der Klangeindruck wird somit akzeptabler.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der durch den Widerstand R fließende Strom I erfasst, wobei aus der zeitlich gemittelten, über den Brems-Chopper bereitgestellten Spannung und dem zeitlich gemittelten, Strom der aktuelle Widerstandswert des Bremswiderstands bestimmt wird, insbesondere gemäß U / 1, und unter Berücksichtigung einer Kennlinie, welche die Temperaturabhängigkeit des
Bremswiderstands darstellt, die aktuelle Temperatur T des jeweiligen Bremswiderstands bestimmt wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Temperatur aus der bestimmten Spannung und dem bestimmten Strom bestimmbar ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird überwacht, ob die bestimmte Temperatur T des Bremswiderstands einen Schwellwert übersteigt, insbesondere wobei nach Überschreiten eine Notabschaltung des Brems-Choppers ausgeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine
Zerstörung des Bremswiderstands vermeidbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die bestimmte Temperatur auf eine Solltemperatur hingeregelt, indem die Leistung P als Stellwert eines Reglers, insbesondere PI-Reglers, entsprechend gestellt wird. Von Vorteil ist dabei, dass auch bei veränderter
Umgebungstemperatur maximale Leistung vom Energiespeicher an die Umgebung abführbar ist.
Wichtige Merkmale bei dem System, insbesondere zur Durchführung eines vorgenannten Verfahrens sind, dass das System mit einem Versorgungsmodul, einem Wechselrichter, einem DC/DC-Wandler, einem Energiespeicher und einem Netzteil ausgeführt ist, wobei der gleichspannungsseitige Anschluss des einen Gleichrichter aufweisenden
Versorgungsmoduls elektrisch parallel geschaltet ist zum gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters und zum ersten Anschluss des DC/DC-Wandlers, an dessen zweiten Anschluss der Energiespeicher angeschlossen ist, wobei der wechselspannungsseitige Anschluss des Gleichrichters von einem
Wechselspannungsversorgungnetz gespeist ist, wobei von einem ersten gleichspannungsseitigen Anschluss des Netzteils eine Kleinspannung, insbesondere 24 Volt, dem Versorgungsmodul, dem DC/DC-Wandler und dem Wechselrichter zugeführt wird, wobei ein wechselspannungsseitiger Anschluss des Netzteils vom
Wechselspannungsversorgungsnetz gespeist ist, wobei ein zweiter gleichspannungsseitiger Anschluss des Netzteils parallel zum gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls geschaltet ist, insbesondere so, dass das Netzteil aus dem Wechselspannungsversorgungsnetz und/oder über den DC/DC- Wandler aus dem Energiespeicher versorgbar ist, wobei der DC/DC-Wandler derart geeignet ausgeführt ist, dass der DC/DC-Wandler in einem ersten Betriebszustand, insbesondere und bei betriebsbereitem Wechselspannungsversorgungsnetz, an seinem ersten Anschluss eine erste Spannung bereitstellt, und der DC/DC-Wandler in einem zweiten Betriebszustand, insbesondere und bei erkanntem Netzausfall, also Ausfall des Wechselspannungsversorgungsnetzes, an seinem ersten Anschluss eine zweite Spannung bereitstellt, wobei die erste Spannung größer als eine Mindestspannung, insbesondere 400 Volt, ist, wobei die zweite Spannung kleiner als die eine Mindestspannung ist, insbesondere wobei der Wechselrichter derart geeignet ausgeführt ist, dass der
Wechselrichter abgeschaltet wird, wenn die an seinem gleichspannungsseitigen Anschluss anliegende Spannung kleiner als die Mindestspannung ist.
Von Vorteil ist dabei, dass das Netzteil nach dem Netzausfall noch möglichst lange Zeit die Kleinspannung zur Verfügung stellt und somit die vom Netzteil versorgten
Signalelektronikbereiche der Module betriebsbereit haltbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Sensoren zur Netzausfallerkennung im
Versorgungsmodul angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Information über den Netzausfall direkt am Wechselspannungsversorgungsnetz erkennbar ist und mittel
Datenbusverbindung an die zum Datenaustausch verbundenen Busteilnehmer weitermeldbar ist, insbesondere auch an den DC/DC-Wandler, der dann abhängig von der Information den Betriebszustand einstellt. Hierbei ist also wichtig, dass die Messtechnik zur Erkennung des Netzausfalls in einem anderen Gerät angeordnet ist als in dem DC/DC-Wandler. Diese Messtechnik wird ansonsten für die Funktion und Betriebsweise des Versorgungsmoduls benötigt, da dieses einen am gleichspannugnsseitigen Anschluss des Gleichrichters des Versorgungsmoduls angeordneten DC/DC-Steller aufweist, so dass der Leistungsfluss vom Gleichrichter in den Zwischenkreis steuerbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das System ein einen netzgespeisten Gleichrichter umfassendes Versorgungsmodul auf, dessen gleichspannungsseitiger Anschluss mit dem gleichspannungsseitigen Anschluss eines Wechselrichters des Systems verbunden ist und mit dem ersten gleichspannungsseitigen Anschluss eines DC/DC-Wandlers des Systems, wobei der zweite gleichspannungsseitige Anschluss des DC/DC-Wandlers mit dem
Energiespeicher, insbesondere Akkumulatoranordnung und/oder
Doppelschichtkondensatoranordnung und/oder Ultracap-Anordnung, verbunden ist, wobei am wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters ein Elektromotor, insbesondere Drehstrommotor, angeschlossen ist. Von Vorteil ist dabei, dass für
Transportzwecke oder Wartungszwecke der Energiespeicher entladbar ist. Dieses Entladen ist schnell ausführbar, weil ein sehr niedriger Ohm’scher Widerstandswert verwendbar ist. Denn mittels Erfassung der an der Reihenschaltung anliegenden Spannung ist durch eine entsprechend geeignete Pulsweitenmodulation eine konstante Leistung an den Widerstand abführbar und auch bei tiefen Spannungen eine schnelle Entladung ausführbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters und dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls ein DC/DC-Steller angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der Leistungsfluss vom Gleichrichter zum Zwischenkreis hin beeinflussbar ist, insbesondere abschaltbar. Außerdem ist das am gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters vorhandene Spannungsniveau unterschiedlich vom Zwischenkreisniveau, also vom Niveau der Spannung am
gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters oder des Versorgungsmoduls.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein mit dem Bremswiderstand in Reihe geschalteter steuerbarer Halbleiterschalter im Gehäuse des DC/DC-Wandlers angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der steuerbare Halbleiterschalter integriert mit der sonstigen Elektronik des DC/DC-Wandlers ausführbar ist und mit diesem dann auch entwärmbar. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein mit dem Bremswiderstand in Reihe geschalteter steuerbarer Halbleiterschalter auf einem Leistungsmodul integriert, welches in Halbbrücken angeordnete Dioden und/oder steuerbare Halbleiterschalter aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass der Gleichrichter mit dem steuerbaren Halbleiterschalter integriert und zusammen entwärmbar ausgeführt ist. Da jedoch beim Entladen des Energiespeichers mittels des Widerstands, insbesondere Bremswiderstands, der Leistungsfluss vom Gleichrichter zum Zwischenkreis hin mittels des Wandler gestoppt, insbesondere aufgetrennt ist, treten die Verlustleistungen der Dioden des Gleichrichters und die Verlustleistung des steuerbaren Halbleiterschalters nur alternativ auf.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Leistungsmodul im Gehäuse des Wechselrichters oder des Versorgungsmoduls angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der steuerbare
Halbleiterschalter integriert im Leistungsmodul anordenbar ist und somit die Entwärmung des steuerbaren Leistungsmoduls mit der Entwärmung des Leistungsmoduls ausführbar ist, insbesondere mittels eines Kühlkörpers, welcher die Verlustwärme der in Halbbrücken angeordneten steuerbaren Halbleiterschalter des Wechselrichters und den dem Widerstand zugeordneten, steuerbaren Halbleiterschalter an die Umgebung abführt.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen
Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
In der Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes System schematisch dargestellt.
Wie in der Figur gezeigt, stellt ein von einem Wechselspannungsversorgungsnetz 8 gespeistes Versorgungsmodul 1 an seinem gleichspannugnsseitigen Anschluss eine unipolare Spannung zur Verfügung.
An diesem Anschluss ist der gleichspannungsseitige Anschluss eines Wechselrichters 2 angeschlossen, wobei am wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters 2 vom Wechselrichter 2 eine Drehspannung einem Elektromotor 4, insbesondere
Wechselstrommotor, insbesondere Drehstrommotor, zur Verfügung gestellt wird.
Der Wechselrichter wird von einer Steuerelektronik 3 angesteuert. Insbesondere erzeugt die Steuerelektronik 3 pulsweitemodulierte Ansteuersignale für die steuerbaren Halbleiterschalter des Wechselrichters, welche in parallel zueinander geschalteten Halbbrücken angeordnet sind, wobei diese Parallelschaltung von Halbbrücken aus der unipolaren Spannung speisbar ist.
Baulich sind diese Halbleiterschalter, insbesondere also sechs steuerbare Halbleiterschalter auf einem Modul integriert, auf welchem auch ein weiterer steuerbarer Halbleiterschalter integriert ist, der als Brems-Chopper bezeichenbar ist.
Der Brems-Chopper ist mit einem Widerstand, der als Bremswiderstand (7, 12) bezeichenbar ist, in Reihe geschaltet, wobei diese Reihenschaltung ebenfalls aus der unipolaren Spannung speisbar ist.
An dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls 1 ist auch ein Anschluss eines DC/DC-Wandlers 5 angeschlossen, so dass dieser DC/DC-Wandler 5 parallel zum Wechselrichter 2 geschaltet ist.
Am anderen Anschluss des DC/DC-Wandlers 5 ist ein Energiespeicher 6 angeschlossen. Somit ermöglicht der DC/DC-Wandler 5 einen Leistungsfluss vom Energiespeicher 6 zum die unipolare Spannung aufweisenden Zwischenkreis oder umgekehrt, auch wenn der Betrag der unipolaren Spannung sehr unterschiedlich ist zum Betrag der am Energiespeicher 6 anliegenden Spannung ist.
Der Energiespeicher 6 ist als Elektrolytkondensatoranordnung, als
Doppelschichtkondensatoranordnung und/oder vorzugsweise als Akkumulatoranordnung ausführbar.
Das Versorgungsmodul 1 ist als netzgespeister Gleichrichter ausführbar. Vorzugsweise ist aber zwischen dem netzgespeisten Gleichrichter und dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls 1 ein DC/DC-Steller angeordnet, so dass der Leistungsfluss vom Wechselspannungsversorgungsnetz 8 in den Zwischenkreis hinein steuerbar ist.
Der Gleichrichter weist vorzugsweise wiederum ein Modul auf, auf dem die Dioden des Gleichrichters integriert angeordnet sind und auf dem zusätzlich ein weiterer steuerbarer Halbleiterschalter integriert ist, der als Brems-Chopper bezeichenbar ist.
Der Brems-Chopper ist mit einem weiteren Widerstand 13, der als Bremswiderstand bezeichenbar ist, in Reihe geschaltet, wobei diese Reihenschaltung ebenfalls aus dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters speisbar ist.
Der DC/DC-Wandler 5 umfasst ebenfalls einen weiteren steuerbaren Halbleiterschalter integriert ist, der als Brems-Chopper bezeichenbar ist.
Dieser Brems-Chopper ist mit einem weiteren Widerstand 7, der als Bremswiderstand bezeichenbar ist, in Reihe geschaltet, wobei diese Reihenschaltung ebenfalls aus dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters oder aus der am Energiespeicher 6 anliegenden Spannung speisbar ist.
Somit sind mehrere Brems-Chopper im System vorsehbar.
Erfindungsgemäß wird die Sicherheit des Systems erhöht, indem eine Entladung des
Energiespeichers kontrolliert ausführbar wird. Dies ist nicht nur bei Transport des Energiespeichers 6 wichtig, sondern auch bei Wartungen am System, wenn der Energiespeicher entladen werden soll. Außerdem ist ein Entladen auch bei speziellen Sorten von Energiespeichern wichtig, wenn ein Memory-Effekt verhindert werden soll. Beispielsweise werden NiCd-Akkumulatoren zeitlich regelmäßig entladen.
Das Entladen erfolgt derart, dass der Brems-Chopper des jeweiligen Bremswiderstands (7, 12, 13) abhängig von der unipolaren Spannung oder von der an der aus dem Bremswiderstand und dem zugehörigen Brems-Chopper gebildeten Reihenschaltung anliegenden Spannung U derart angesteuert wird, dass dem jeweiligen Bremswiederstand R eine konstante Leistung dauerhaft zugeführt wird.
Diese dauerhaft bis zur praktisch vollständigen Entladung des Energiespeichers dem jeweiligen Bremswiderstand zugeführte elektrische Leistung P ist möglichst hoch vorgegeben. Vorzugsweise gleicht sie also der Nennleistung des Bremswiderstands R.
Hierzu wird die Spannung U erfasst und der jeweilige Brems-Chopper vorzugsweise mit einem Pulsweitenmodulationsverhältnis (1 / U) * (P * R) L 1 angesteuert. Auf diese Weise bleibt die dem jeweiligen Bremswiderstand zugeführte Leistung auch bei absinkender Spannung U konstant.
Insbesondere ist die Nennleistung, also auch die Leistung P, kleiner als die im generatorischen Betrieb des Elektromotors vom Elektromotor 4 über den Wechselrichter 2 maximal
rückspeisbare Leistung.
Der Ohm’sche Widerstand des jeweiligen Bremswiderstandes R kann somit sehr klein gewählt werden und daher eine praktisch vollständige Entladung in kurzer Zeit erreicht werden.
Wenn die Spannung einen Schwellwert unterschreitet ist die Pulsweitenmodulation sogar ersetzbar durch ein dauerhaftes Schließen des steuerbaren Schalters. Auf diese Weise ist eine besonders schnelle Tiefentladung ermöglicht. Sobald dann die Spannung einen zweiten, noch kleineren Schwellwert unterschreitet, wird dann der Schalter wieder geöffnet, um die Akkumulatorzellen gegen Zerstörung zu schützen. ln der beschriebenen Weise ist also Energie aus dem Zwischenkreis über die
Bremswiderstände (7,12, 13) in Wärme umwandelbar.
Wenn die aus dem Bremswiderstand 7 und dem ihm zugeordneten Brems-Chopper gebildete Reihenschaltung direkt aus der am Energiespeicher anliegenden Spannung gespeist wird, ist ein tiefes Entladen des Energiespeichers in einfacher Weise ermöglicht, weil der DC/DC- Wandler 5 ohne Mindestspannung nicht arbeiten kann und somit unterhalb der
Mindestspannung keine Entladung durch die Bremswiderstände 12 und 13 ausführbar ist.
Denn die aus dem jeweiligen Brems-Chopper und dem Bremswidderstand 12 oder 13 gebildete Reihenschaltung ist nur indirekt über den DC/DC-Wandler 5 von dem
Energiespeicher versorgt.
Bei Entladen des Energiespeichers 6 leitet das Versorgungsmodul 1 keine elektrische Leistung aus dem Wechselspannungsversorgungnetz zum Zwischenkreis durch.
Erfindungsgemäß ist ein Netzteil 9, dass einerseits aus dem
Wechselspannungsversorgungsnetz 8 versorgbar ist auch andererseits aus dem
Zwischenkreis versorgbar, also aus einer Gleichspannung. Somit ist auch bei Netzausfall eine Versorgung noch weiterhin verfügbar, da vom Energiespeicher 6 über den DC/DC-Wandler 5 Energie noch zum Zwischenkreis zuführbar ist.
Somit ist vom Netzteil 9 innerhalb einer Zeitspanne nach Eintritt des Netzausfalls eine
Kleinspannung, insbesondere 24 Volt, bereit stellbar. Die Zeitspanne ist allerdings begrenzt durch die Energie, welche im Speicher 6 vorhanden ist, und durch gegebenenfalls weitere am Zwischenkreis angeordnete Leistungssenken.
Mit der vom Netzteil 9 bereit gestellten Kleinspannung sind zumindest Teilbereich,
Signalelektronik-Bereich, von Komponenten des Systems versorgbar, wie beispielsweise ein Teil der Signalelektronik des Versorgungsmoduls 1 , ein Teil der Signalelektronik des DC/DC- Wandlers 5, die Signalelektronik 3 des Wechselrichters 2, eine übergeordnete Steuerung 10 sowie weitere von der Kleinspannung speisbare Verbraucher.
Im Normalbetrieb liegt kein Netzausfall vor. Dann setzt der DC/DC-Wandler 5 die am
Energiespeicher 6 bereit gestellte Spannung auf die im Zwischenkreis benötigten erste Spannung, also Zwischenkreisnennspannung, herauf oder gegebenenfalls auch herunter. Diese erste Spannung ist größer als eine Mindestspannung, insbesondere 400 Volt.
Unterhalb der Mindestspannung wird der Wechselrichter 2 abgeschaltet.
Netzseitig sind am Versorgungsmodul 1 Sensoren angebracht, insbesondere Mittel zur Erfassung der Phasenspannungen des als Drehspannungsnetz ausgeführten
Wechselspannungsversorgungsnetzes. Die Signalelektronik des Versorgungsmoduls 1 fungiert auch als Auswerteeinheit für die Signale dieser netzseitig am Versorgungsmodul 1 angeordneten Sensoren. Sobald ein Netzausfall erkannt wird, wird eine entsprechende Information über den Datenbus an die weiteren Busteilnehmer gemeldet, das als
Busteilnehmer ausgeführte DC/DC-Wandler 5
Bei erkanntem Netzausfall stellt der DC/DC-Wandler 5 noch so lange die
Zwischenkreisnennspannung dem Zwischenkreis zur Verfügung, bis der Wechselrichter 2 in einem sicheren Zustand ist, insbesondere also der vom Wechselrichter 2 gespeiste
Elektromotor 4 abgebremst ist.
Nach Erhalt der Information über das Erreichen des sicheren Zustands stellt der DC/DC- Wandler 5 nur eine zweite Spannung dem Zwischenkreis, welche kleiner als die
Mindestspannung ist. Beispielsweise beträgt die zweite Spannung geringfügig mehr als 24 Volt, so dass durch das Netzteil 24 Volt zur Verfügung stellbar ist.
Vorzugsweise wird von einer Signalelektronik des DC/DC-Wandlers 5 aus dem vom DC/DC- Wandler 5 in den Zwischenkreis fließenden Strom und der am Zwischenkreis erfassten Spannung die vom System verbrauchte Leistung bestimmt und daraus unter Berücksichtigung der jeweils aktuell im Speicher 6 vorhandenen Ladeenergie die jeweilige Restlaufzeit bestimmt, wobei die Restlaufzeit diejenige Zeit ist, in welcher noch das Netzteil die zweite Spannung dem Zwischenkreis bereit zu stellen in der Lage ist.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird kein DC/DC-Wandler 5 vorgesehen, sondern der Energiespeicher 6 direkt an den Zwischenkreis angeschlossen. Dabei wird unterhalb der Mindestspannung, also bei abgeschaltetem Wechselrichter 2, die Restenergie des Energiespeichers 6 dem Netzteil 9 möglichst vollständig zur Verfügung gestellt, damit die Kleinspannung durch das Netzteil 9 möglichst lange bereitstellbar ist.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird der durch den jeweiligen Bremswiderstand fließende Strom erfasst und aus der über den Brems-Chopper
bereitgestellten, zeitlich gemittelten Spannung sowie dem erfassten und zeitlich gemittelten Strom der aktuelle Widerstandswert des Bremswiderstands bestimmt und unter
Berücksichtigung einer Kennlinie, welche die Temperaturabhängigkeit des Bremswiderstands darstellt, die aktuelle Temperatur des jeweiligen Bremswiderstands bestimmt.
Somit ist einerseits überwachbar, ob die Temperatur des Bremswiderstands einen Schwellwert übersteigt und somit eine Notabschaltung des Brems-Choppers notwendig ist. Andererseits ist alternativ eine an die bestimmte Temperatur angepasste Leistung einstellbar. Dies bedeutet, dass die Leistung P der Temperatur nachgeführt wird. Somit ist eine Änderung der
Umgebungstemperatur oder eine Verschlechterung des vom Bremswiderstand an die
Umgebung wirkenden Wärmeübergangswiderstands berücksichtigbar.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird keine konstante
Pulsweitenmodulationsfrequenz verwendet, sondern die Pulsweitenmodulationsfrequenz wird zeitabschnittsweise oder kontinuierlich verändert. Auf diese Weise ist eine weniger störende Geräuschemission bewirkbar.
Bezugszeichenliste
I Versorgungsmodul
2 Wechselrichter
3 Steuerelektronik
4 Elektromotor
5 DC/DC-Wandler
6 Energiespeicher
7 Bremswiderstand
8 Wechselspannungsversorgungsnetz
9 zweiseitig versorgbares Netzteil
10 übergeordnete Steuerung
I I Busteilnehmer, insbesondere Verbraucher 12 Bremswiderstand

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Betreiben eines Systems mit einem über einen DC/DC-Wandler aus einem Energiespeicher gestützten Gleichspannungszwischenkreis und einem aus einem
Wechselspannungsversorgungsnetz und aus dem Zwischenkreis versorgbaren Netzteil, das eine Kleinspannung, insbesondere 24 Volt, zur Verfügung stellt, dadurch gekennzeichnet, dass der DC/DC-Wandler derart betrieben wird, dass der DC/DC-Wandler an seinem ersten Anschluss in einem ersten Betriebszustand, insbesondere und bei betriebsbereitem Wechselspannungsversorgungsnetz, eine erste Spannung bereitstellt,
- wobei der DC/DC-Wandler an seinem ersten Anschluss in einem zweiten
Betriebszustand, insbesondere und bei erkanntem Netzausfall, also Ausfall des Wechselspannungsversorgungsnetzes, eine zweite Spannung bereitstellt, wobei die erste Spannung größer als eine Mindestspannung ist, wobei die zweite Spannung kleiner als die die Mindestspannung ist, insbesondere wobei ein aus dem ersten Anschluss des DC/DC-Wandler versorgter
Wechselrichter abgeschaltet wird, wenn die an diesem ersten Anschluss anliegende
Spannung kleiner als die Mindestspannung ist.
2. Verfahren zum Betreiben eines Systems mit einem Versorgungsmodul, einem Wechselrichter, einem DC/DC-Wandler, einem Energiespeicher und einem Netzteil, wobei der gleichspannungsseitige Anschluss des einen Gleichrichter aufweisenden
Versorgungsmoduls elektrisch parallel geschaltet ist zum gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters und zum ersten Anschluss des DC/DC-Wandlers, an dessen zweiten Anschluss der Energiespeicher angeschlossen ist, wobei der wechselspannungsseitige Anschluss des Gleichrichters von einem
Wechselspannungsversorgungnetz gespeist ist, wobei von einem ersten gleichspannungsseitigen Anschluss des Netzteils eine Kleinspannung, insbesondere 24 Volt, dem Versorgungsmodul, dem DC/DC-Wandler und dem Wechselrichter zugeführt wird, wobei ein wechselspannungsseitiger Anschluss des Netzteils vom
Wechselspannungsversorgungsnetz gespeist ist, wobei ein zweiter gleichspannungsseitiger Anschluss des Netzteils parallel zum
gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls geschaltet ist, der DC/DC-Wandler derart geeignet ausgeführt ist, dass in einem ersten Betriebszustand, insbesondere und bei betriebsbereitem
Wechselspannungsversorgungsnetz, der DC/DC-Wandler an seinem ersten Anschluss eine erste Spannung bereitstellt, und in einem zweiten Betriebszustand, insbesondere und bei erkanntem Netzausfall, also Ausfall des Wechselspannungsversorgungsnetzes, der DC/DC-Wandler an seinem ersten Anschluss eine zweite Spannung bereitstellt, wobei die erste Spannung größer als eine Mindestspannung, insbesondere 400 Volt, ist, wobei die zweite Spannung kleiner als die eine Mindestspannung ist, wobei der Wechselrichter abgeschaltet wird, wenn die an seinem gleichspannungsseitigen Anschluss anliegende Spannung kleiner als die Mindestspannung ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
Sensoren zur Netzausfallerkennung im Versorgungsmodul angeordnet sind und das Versorgungsmodul mit dem DC/DC-Wandler zum Datenaustausch verbunden ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Entladung des Energiespeichers dem Widerstand R eine zeitlich konstante elektrische Leistung P dauerhaft, insbesondere während einer Zeitspanne T, zugeführt wird, insbesondere bis zum praktisch vollständigen Entladen des Widertands, insbesondere wobei die Zeitspanne T größer ist als die Zeitkonstante des durch eine an den Widerstand zugeführte, zeitlich konstante, elektrische Dauerleistung bewirkten
Temperaturanstiegs des Widerstands R.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die an einer aus dem Widerstand und einem steuerbaren Halbleiterschalter, insbesondere Brems-Chopper, gebildeten Reihenschaltung anliegende Spannung U erfasst wird, wobei die Reihenschaltung entweder direkt von der vom Energiespeicher zur Verfügung gestellten Spannung gespeist wird oder über einen DC/DC-Wandler aus der vom
Energiespeicher zur Verfügung gestellten Spannung gespeist wird, wobei dem steuerbaren Halbleiterschalter ein pulsweitenmoduliertes Ansteuersignal mit einem Pulsweitenmodulationsverhältnis zugeführt wird, das vom dem Wert der erfassten Spannung abhängig ist, insbesondere wobei das Pulsweitenmodulationsverhältnis gemäß (1 / U) * (P * R) L 1 bestimmt ist, insbesondere wobei der steuerbare Halbeliterschalter dauerhaft geschlossen wird, wenn die Spannung U einen Schwellwert unterschreitet, insbesondere wobei der Schwellwert (P * R) L 1/2 ist.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das System ein einen netzgespeisten Gleichrichter umfassendes Versorgungsmodul aufweist, dessen gleichspannungsseitiger Anschluss mit dem gleichspannungsseitigen Anschluss eines Wechselrichters verbunden ist und mit dem ersten Anschluss eines DC/DC-Wandlers, wobei der zweite Anschluss des DC/DC-Wandlers mit dem die Spannung U bereitstellenden Anschluss des Energiespeichers verbunden ist, wobei am wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters ein Elektromotor, insbesondere Drehstrommotor, angeschlossen ist.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters und dem
gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls ein DC/DC-Steller angeordnet ist, welcher den Leistungsfluss vom .Gleichrichter zur aus Widerstand R und steuerbarem
Halbeliterschalter gebildeten Reihenschaltung stoppt während des Entladens des
Energiespeichers, insbesondere so dass auf demjenigen Leistungsmodul, auf welchem die Dioden des
Gleichrichters und den steuerbaren Halbeliterschalter integriert angeordnet sind, beim
Entladen Wärme erzeugt wird durch entweder den steuerbaren Halbleiterschalter oder alternativ durch die Dioden des Gleichrichters.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wechselrichter ein Leistungsmodul aufweist, an welchem in Halbbrücken angeordnete steuerbare Halbleiterschalter angeordnet sind, und/oder dass die Leistung P kleiner ist als die maximal vom Elektromotor über den Wechselrichter zum gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters im generatorischen Betrieb des Elektromotors rückspeisbare Leistung, und/oder dass die Pulsweitenmodulationsfrequenz des Ansteuersignals während des Zuführens der Leistung P, insbesondere während der Zeitspanne T, verändert wird, insbesondere als Pulsweitenmodulationsfrequenz zeitlich nacheinander unterschiedliche insbesondere diskrete Werte verwendet werden.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der durch den Widerstand R fließende Strom I erfasst wird, wobei aus der zeitlich gemittelten, über den Brems-Chopper bereitgestellten Spannung und dem zeitlich gemittelten, Strom der aktuelle Widerstandswert des Bremswiderstands bestimmt wird, insbesondere gemäß U / 1, und unter Berücksichtigung einer Kennlinie, welche die Temperaturabhängigkeit des
Bremswiderstands darstellt, die aktuelle Temperatur T des jeweiligen Bremswiderstands bestimmt wird.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
überwacht wird, ob die bestimmte Temperatur T des Bremswiderstands einen Schwellwert übersteigt, insbesondere wobei nach Überschreiten eine Notabschaltung des Brems-Choppers ausgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die bestimmte Temperatur auf eine Solltemperatur hingeregelt wird, indem die Leistung P als Stellwert eines Reglers, insbesondere PI-Reglers, entsprechend gestellt wird.
12. System, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Versorgungsmodul, einem Wechselrichter, einem DC/DC-Wandler, einem
Energiespeicher und einem Netzteil, wobei der gleichspannungsseitige Anschluss des einen Gleichrichter aufweisenden
Versorgungsmoduls elektrisch parallel geschaltet ist zum gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters und zum ersten Anschluss des DC/DC-Wandlers, an dessen zweiten Anschluss der Energiespeicher angeschlossen ist, wobei der wechselspannungsseitige Anschluss des Gleichrichters von einem
Wechselspannungsversorgungnetz gespeist ist, wobei von einem ersten gleichspannungsseitigen Anschluss des Netzteils eine Kleinspannung, insbesondere 24 Volt, dem Versorgungsmodul, dem DC/DC-Wandler und dem Wechselrichter zugeführt wird, wobei ein wechselspannungsseitiger Anschluss des Netzteils vom
Wechselspannungsversorgungsnetz gespeist ist, wobei ein zweiter gleichspannungsseitiger Anschluss des Netzteils parallel zum
gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls geschaltet ist, insbesondere so, dass das Netzteil aus dem Wechselspannungsversorgungsnetz und/oder über den DC/DC- Wandler aus dem Energiespeicher versorgbar ist, wobei der DC/DC-Wandler derart geeignet ausgeführt ist, dass der DC/DC-Wandler in einem ersten Betriebszustand, insbesondere und bei betriebsbereitem Wechselspannungsversorgungsnetz, an seinem ersten Anschluss eine erste Spannung bereitstellt, und der DC/DC-Wandler in einem zweiten Betriebszustand, insbesondere und bei erkanntem Netzausfall, also Ausfall des Wechselspannungsversorgungsnetzes, an seinem ersten Anschluss eine zweite Spannung bereitstellt, wobei die erste Spannung größer als eine Mindestspannung, insbesondere 400 Volt, ist, wobei die zweite Spannung kleiner als die eine Mindestspannung ist, insbesondere wobei der Wechselrichter derart geeignet ausgeführt ist, dass der
Wechselrichter abgeschaltet wird, wenn die an seinem gleichspannungsseitigen Anschluss anliegende Spannung kleiner als die Mindestspannung ist.
13. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
Sensoren zur Netzausfallerkennung im Versorgungsmodul angeordnet sind und das
Versorgungsmodul mit dem DC/DC-Wandler zum Datenaustausch verbunden ist.
14. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das System ein einen netzgespeisten Gleichrichter umfassendes Versorgungsmodul aufweist, dessen gleichspannungsseitiger Anschluss mit dem gleichspannungsseitigen Anschluss eines Wechselrichters des Systems verbunden ist und mit dem ersten gleichspannungsseitigen Anschluss eines DC/DC-Wandlers des Systems, wobei der zweite gleichspannungsseitige Anschluss des DC/DC-Wandlers mit dem
Energiespeicher, insbesondere Akkumulatoranordnung und/oder
Doppelschichtkondensatoranordnung und/oder Ultracap-Anordnung, verbunden ist, wobei am wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters ein Elektromotor, insbesondere Drehstrommotor, angeschlossen ist.
15. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters und dem
gleichspannungsseitigen Anschluss des Versorgungsmoduls ein DC/DC-Steller angeordnet ist, und/oder dass ein mit dem Bremswiderstand in Reihe geschalteter steuerbarer Halbleiterschalter im Gehäuse des DC/DC-Wandlers angeordnet ist, und/oder dass ein mit dem Bremswiderstand in Reihe geschalteter steuerbarer Halbleiterschalter auf einem Leistungsmodul integriert ist, welches in Halbbrücken angeordnete Dioden und/oder steuerbare Halbleiterschalter aufweist, und/oder dass das Leistungsmodul im Gehäuse des Wechselrichters oder des Versorgungsmoduls angeordnet ist.
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