WO2022268358A1 - Method for operating a drive system, and drive system comprising a plurality of inverters - Google Patents

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WO2022268358A1
WO2022268358A1 PCT/EP2022/025258 EP2022025258W WO2022268358A1 WO 2022268358 A1 WO2022268358 A1 WO 2022268358A1 EP 2022025258 W EP2022025258 W EP 2022025258W WO 2022268358 A1 WO2022268358 A1 WO 2022268358A1
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inverter
voltage
width modulation
inverters
pulse width
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PCT/EP2022/025258
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Georg Pfeiffer
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Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/74—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors controlling two or more ac dynamo-electric motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
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    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a drive system and a drive system having a plurality of inverters.
  • a method for controlling a voltage intermediate circuit is known from DE 102016 008 951 A1.
  • a method for operating an electric drive system is known from DE 102018210244 A1.
  • the invention is therefore based on the object of developing a drive system in which the service life is to be increased.
  • the object is achieved with the method according to the features specified in claim 1 and with the drive system according to the features specified in claim 12 .
  • the drive system has several, in particular more than two, inverters, in particular and a data bus, with a respective electric motor being fed from the AC voltage-side connection of the respective inverter, wherein the DC voltage-side connections of the respective inverters are connected in parallel to one another and this parallel circuit is connected to the DC voltage-side connection of a rectifier, in particular a controllable and/or regenerative rectifier, in particular by means of busbars, the respective inverter having respective semiconductor switches controlled according to a respective pulse width modulation, wherein the inverters are designed as bus users of a data bus to which a module designed as a master is also connected, in particular with the module comprising the rectifier, with each inverter being assigned a respective bus address in a first method step, in particular during initialization or commissioning of the drive system, and then, in a second method step, each inverter is given a time offset of the first switching edge, which is related to a synchronization
  • the advantage here is that the first switching edges take place at different points in time and the resulting leakage currents, which reduce the service life of the Y capacitors, are thus reduced. Thus, the service life is increased.
  • each inverter has half-bridges which are connected in parallel and are fed from the DC voltage and are each designed as a series connection of at least two controllable semiconductor switches, the semiconductor switches of the respective inverter being driven with pulse-width-modulated drive signals according to the pulse-width modulation of the inverter and their polarity.
  • the motor can be provided with the current voltage required for speed control or torque control.
  • the upper switch of the first half-bridge of the first inverter is open and the lower switch of this first half-bridge of the first inverter is closed, in particular the upper switch being connected to the upper Potential of the voltage present at the DC voltage-side connection of the inverter is connected, and the lower switch is connected to the lower potential of the voltage present at the DC voltage-side connection of the inverter.
  • the inverters are arranged in a row along the data bus, with the first method step starting from the master, in particular successively, each inverter allocating a bus address to the inverter that follows it in the series until an inverter fails to allocate a further one bus address recognizes itself as the last in the series and then.
  • the advantage here is that central address assignment is possible. It is thus also possible for the master to transmit the start times, i.e. the respective time offsets to the time base, to the respective inverter. Before that, the master is able to optimally determine the time offsets. Instead of a master, however, a central controller can also be connected to the data bus and the address assignment can be carried out by this, as can the optimal determination of the time offsets mentioned and their transmission to the inverters designed as bus users.
  • the time offsets transmitted to the inverters of the drive system are regularly spaced from the synchronization signal, ie in particular are evenly distributed over the duration of a pulse width modulation period.
  • the advantage here is that the leakage currents triggered at the respective start time are distributed as evenly as possible and the load on the Y capacitors is therefore as low as possible, ie the service life is increased.
  • two of the inverters each form a pair and a respective time offset is assigned to the respective pair, with the polarity of the pulse width modulation of a first inverter in the pair being inverse to the polarity of the pulse width modulation of the other inverter in the pair, in particular with each pair having one of different time offsets are assigned to the other pairs associated time offsets.
  • the advantage here is that the two inverters in a pair may have the same time offset, but different polarity, so that the equalizing currents triggered by the individual inverters in the pair essentially cancel each other out.
  • the Y-capacitors are thus loaded as little as possible and the service life is therefore as long as possible.
  • the respective inverter l_i can provide a maximum power P_i to the electric motor M_i fed by this inverter l_i, with the time interval between the starting time t_i of the respective inverter l_i and increases strictly monotonously at the next starting point in time (t_i+1 and/or t_i-1) of another inverter (l_i+1 and/or l_i-1).
  • the advantage here is that in the case of inverters with different power ratings, the start times are distributed within a pulse width modulation period after the synchronization signal in such a way that the leakage currents, in particular the time integral of the leakage currents or their mean value formed over a pulse width modulation period, is as small as possible.
  • i runs through the numbers from 1 to n, where n is the number of inverters in the drive system.
  • the DC voltage is made available at the DC voltage-side connection of a mains-fed rectifier, in particular an AC/DC converter, in particular with the rectifier being supplied, in particular at its AC voltage-side connection, from an AC voltage network, in particular with three-phase voltage
  • the DC-side connection of the rectifier is connected in parallel to the DC-side connection of the first inverter and to the DC-side connection of the second inverter.
  • a mains filter is arranged on the AC voltage-side connection of the rectifier, in particular on the mains-side rectifier, which has Y-capacitors, in particular for interference suppression.
  • the pulse width modulation signals of the first inverter are asynchronous to the pulse width modulation signals of a second inverter, in particular they are not synchronized.
  • the advantage here is that a better distribution of the load over time can be achieved.
  • the pulse width modulation periods of the first and second inverters start asynchronously and/or not at the same time.
  • the advantage here is that the load from compensating currents, ie leakage currents, can be reduced.
  • the first switching edge of a control signal for an upper semiconductor switch of the first inverter is inverted within each pulse width modulation period and/or occurs inversely to the first switching edge of a control signal for an upper semiconductor switch of the second inverter.
  • one of the controllable semiconductor switches that is to say the upper semiconductor switch, of a respective half-bridge is connected to the upper potential of the DC voltage.
  • one of the controllable semiconductor switches that is to say the lower semiconductor switch, of a respective half-bridge is connected to the lower potential of the DC voltage.
  • the inverter is easy to produce.
  • the upper switch of a first half-bridge of the first inverter is open and the lower switch of this first half-bridge of the first inverter is closed and the upper switch of a second half-bridge of the second inverter is closed and the lower switch of this second half-bridge of the second inverter open.
  • the polarity can be defined in a simple manner.
  • the synchronization signal in particular the synchronization signal having synchronization pulses, is modulated onto busbars which connect the DC voltage-side connections of the inverters to one another and to the DC voltage-side connection of the rectifier, or the synchronization signal, in particular the synchronization signal having synchronization pulses, is timed by the master as a broadcast telegram is sent recurrently to all inverters by means of the data bus, in particular the start times t_i of the pulse width modulation of the respective inverters l_i being delayed as a function of the synchronization signal as a time base by the respective time offset.
  • the advantage here is that the synchronization can be carried out without any particular effort.
  • the polarity of the pulse width modulation of a first of the inverters differs from the polarity of the pulse width modulation of a second of the inverters, in particular such that the pulse width modulation of the drive signals for the controllable semiconductor switches of the first of the inverters is clocked counter-synchronously to the pulse width modulation of the drive signals for the controllable semiconductor switches the second the inverter is running.
  • Y-capacitors are arranged on the DC voltage-side connection of the rectifier, on the AC voltage-side connection of the rectifier, on a mains filter connected to the AC voltage-side connection of the rectifier and/or on the electric motor.
  • connection of the inverters on the DC voltage side is connected in parallel.
  • the advantage here is that a single rectifier provides all inverters with a DC voltage.
  • only a single mains filter arranged on the mains side of the rectifier is necessary for the supply of all inverters.
  • a drive system with inverters (l_1, l_2, l_n) is shown schematically in FIG.
  • FIG. 1 A time-delayed operation of the inverters (L_1, L_2, L_n) of the drive system is shown schematically in FIG.
  • the drive system has inverters (l_1, l_2, l_n) whose DC voltage-side connection is connected in parallel to one another and is supplied from the DC voltage-side connection of a rectifier, which is connected to the AC voltage network AC at its AC voltage-side connection via a line filter.
  • connection of the rectifier on the DC voltage side makes a DC voltage available to each inverter (l_1, l_2, l_n) via a DC link busbar.
  • the connections on the DC side of the inverters (l_1, l_2, l_n) are connected in parallel for this purpose.
  • FIG. 1 the same representation is shown for the first inverter l_1 as for the second inverter l_2; however, these inverters can also be designed in different ways, in particular with different rated powers.
  • the mains filter (L_1, CY_2) has Y capacitors CY_2, in particular for interference suppression.
  • a respective electric motor M is fed from each AC voltage-side connection of the respective inverter (l_1, l_2, l_n), in particular with a respective three-phase voltage system provided by the respective inverter (l_1, l_2, l_n), the electric motors M preferably being designed as three-phase motors.
  • the supply lines of the respective electric motor are also provided with capacitors, in particular Y-capacitors, so that each phase line is connected to electrically ground via a respective capacitor (CS_1, CS_2, CS_n).
  • the respective electric motor M is also connected via a respective capacitor (CM_1,
  • CM_2, CM_n connected to electrical ground.
  • Each of the inverters (l_1, l_2, l_n) has three series circuits connected in parallel, each series circuit having two controllable semiconductor switches arranged in series. A respective phase voltage is thus made available to the electric motor at the connection node of the two controllable semiconductor switches of a respective series connection.
  • connection of the inverter on the AC voltage side is preferably three-phase, so that each inverter (l_1, l_2) has three of these series connections and thus three phase voltages are made available to the motor.
  • Each inverter (l_1, l_2) has an electronic circuit in the form of signal electronics, which generates pulse-width-modulated drive signals for the controllable semiconductor switches of the inverter (l_1, l_2).
  • the synchronization signal is transmitted to each of the inverters (l_1, l_2, l_n) from a central unit.
  • Each inverter (l_1, l_2, l_n) is assigned a respective time period (t1, t2, tn) at which the pulse width modulation period of its drive signals begins.
  • These time periods (t1, t2, tn) are either different or, if two of the inverters have the same time period, have different polarity. This means that the first switching edge of the upper controllable semiconductor switch of the first of the two inverters with the same time period is inverted to the first switching edge of the upper controllable semiconductor switch of the other of the two inverters with the same time period. In the case of these inverted control signals, the polarity of the pulse width modulated control signal is therefore different.
  • the advantage here is that compensating currents, in particular leakage currents, are reduced and the mains filter on the rectifier on the mains side, together with its Y capacitors, thus has a longer service life.
  • the period of time (t1, t2, tn) is therefore a time offset to a synchronization signal that serves as a time base for all inverters.
  • the first switching edges are different inverters arranged at different points in time. The exception to this is a respective pair of inverters whose pulse width modulation periods are synchronous in time but have different polarity.
  • Each electric motor M is supplied with a three-phase voltage system, ie with three phase voltages, by the respective inverter assigned to it.
  • the pulse width modulation ratio is specified within a respective pulse width modulation period in order to generate a respective phase voltage value by the first inverter l_1.
  • the lower semiconductor switch of the respective series circuit assigned to the respective phase voltage is closed and the upper semiconductor switch of this series circuit is opened.
  • connection for the phase voltage is connected to the lower potential of the DC voltage, ie the intermediate circuit voltage U_z.
  • the lower semiconductor switch is opened and the upper one is closed, so that the connection for the phase voltage is now connected to the upper potential of the DC voltage, with this lasting half the period.
  • the second inverter l_2 is operated with switching edges that are inverted relative to the first inverter l_1.
  • Figure 2 is an example
  • Pulse width modulation ratio of 50% selected.
  • the upper semiconductor switch of the series circuit is closed and the lower semiconductor switch of the series circuit is opened at the beginning of the pulse width modulation period.
  • the connection for the phase voltage of the second inverter 2 associated with this series connection is connected to the upper potential of the DC voltage, that is to say the intermediate circuit voltage U_z.
  • the upper semiconductor switch is opened and the lower one is closed, so that the connection for the phase voltage is now connected to the lower potential of the DC voltage, with this lasting half the period.
  • the respective switching edge is shifted to plus + or minus in time, i.e. shifted forward or backward in time within the pulse width modulation period.
  • the semiconductor switches of the half-bridge of the first inverter l_1 do not switch exactly at the same time as the half-bridge of the second inverter l_2 if a different pulse width modulation ratio is specified there.
  • compensating currents in the intermediate circuit ie between the DC voltage-side connections of the inverters (l_1, l_2), are at least reduced or even completely avoided.
  • This advantage according to the invention is particularly important if very long cables are used from the AC voltage-side connection of the respective inverter (l_1, l_2) to the respective electric motor. This is because the cables and motors then have high ground capacitances, so that a common mains filter, which is arranged on the mains-fed rectifier that makes the direct voltage available, is exposed to high leakage currents.
  • the pulse width modulation has a positive polarity. If the first switching edge jumps to the lower potential within the pulse width modulation period, the pulse width modulation has a negative polarity.
  • a synchronization signal SYNC is transmitted to both inverters (l_1, l_2).
  • the signal electronics of the first inverter l_1 is preferably connected to the signal electronics of the second inverter l_2 via a data bus connection.
  • this data bus connection is wired, in particular in a shielded cable.
  • the synchronization signal is modulated onto the DC voltage-side connection of the inverters (l_1, l_2), ie in particular onto the intermediate circuit connection or intermediate circuit busbar. Since the upper potential of the DC voltage-side connection of the first inverter l_1 is preferably connected to the upper potential of the DC voltage-side connection of the second inverter l_2 by means of is connected to a busbar in order to enable the passage of a strong current, the synchronization signal is therefore modulated onto the current present in the busbar.
  • the medium-frequency or high-frequency synchronization signal is coupled to the power rail in the first inverter l_1 via a capacitance; the signal is also decoupled in the second inverter l_2 via a capacitance.
  • an inductive and therefore safe and potential-free coupling and decoupling would be possible, but this leads to a higher effort.
  • this inversion of the polarity corresponds to a time offset by a fraction, in particular half or, in the case of a symmetrical method, a quarter of the pulse width modulation period T.
  • a respective time offset is assigned to further inverters.
  • Pairs of the inverters are thus preferably formed, with the pulse width modulation methods of the inverters of a respective pair having different, ie in particular inverted, polarity from one another.
  • Each pair and, in the case of an odd number of inverters, the remaining inverters that are not assigned to any pair are assigned a respective time offset.
  • These time offsets are not equal to each other. In particular, the time offsets do not only differ by half or a quarter of the pulse width modulation duration, so that the different time offset does not simply mean an inverted polarity.
  • the described inversion of the pulse width modulation signal in the second inverter 2 is only operated as long as the absolute value of the difference between the two pulse width modulation ratios is less than 50%. If this 50% is exceeded, the inversion is canceled and a synchronous pulse width modulation signal is used.
  • the quotient of the two pulse width modulation ratios can also be used as a criterion. If this quotient exceeds the amount 1, the inversion described above is applied and otherwise not.
  • the compensating currents can be reduced even if the operating points of the two inverters (l_1, l_2) are very different. This is the case, for example, when the first inverter l_1 generates a high phase voltage, i.e. in particular a potential close to the upper potential of the DC voltage, and the second inverter l_2 generates a low phase voltage, i.e. in particular a potential close to the lower potential of the DC voltage .
  • An example of a high phase voltage is 0.9 U_z and an example of a low phase voltage is 0.1 * U_z.
  • a second drive system has a data bus, via which a supply module designed as a master is connected to inverters for data exchange.
  • the supply module has a mains-fed rectifier, from the connection on the DC voltage side of which the named inverters are fed.
  • the DC-side connections of the inverters are connected in parallel to the DC-side connection of the rectifier.
  • the rectifier is designed to be regenerative, in particular as an AC/DC converter, which rectifies electrical power from the AC voltage supply network when the power of the drive system is predominantly motor and makes it available to the inverters on the DC voltage-side connection as intermediate circuit voltage, and when the power of the drive system is predominantly regenerative, electrical power from the DC voltage side Connection of the rectifier feeds back into the AC voltage network.
  • an AC/DC converter which rectifies electrical power from the AC voltage supply network when the power of the drive system is predominantly motor and makes it available to the inverters on the DC voltage-side connection as intermediate circuit voltage, and when the power of the drive system is predominantly regenerative, electrical power from the DC voltage side Connection of the rectifier feeds back into the AC voltage network.
  • the supply module designed as a master first assigns the bus addresses to the inverters designed as bus users and arranged serially with respect to the data bus.
  • the master assigns a first bus address to the first inverter in the serial arrangement, viewed from the master.
  • the master a Generates a voltage signal that signals to the first inverter, i.e. one that is directly connected to an electrical line, that it takes over the bus address contained in the next broadcast telegram sent by the master as its own bus address.
  • the first inverter then also generates a voltage signal for the second inverter, so that the bus address contained in the next broadcast telegram is adopted by the second inverter. This procedure for address assignment is continued up to the last inverter designed as a bus participant.
  • the master After or upon completion of the address assignment, the master sends a specified time offset, in particular a specified polarity, of the pulse width modulation to a respective bus user.
  • the master therefore calculates in advance which inverter gets which time offset and allocates the time offsets centrally.
  • the nominal power is determined by the respective inverter after the address has been assigned to the bus subscribers and the time offset is then assigned depending on this, so that the power consumption fluctuates as little as possible over time, i.e. evenly distributed over the pulse width modulation period if possible is.
  • the second inverter has two connections on the AC voltage side, so that a second electric motor and a third electric motor can each be supplied with a pulse width modulated voltage.
  • the same polarity and the same time offset are used for the two pulse width modulations, since the two pulse width modulations are carried out in the same device, ie within the same housing.
  • a mains filter is arranged between the AC voltage supply network, which is preferably designed as a three-phase voltage network, and the AC voltage-side connection of the rectifier of the supply module.
  • This mains filter has three capacitances which are electrically connected to one another at their first connection and are connected at their other connection to a respective phase of the AC voltage-side connection of the rectifier of the supply module.
  • a star point is thus formed at the respective first connection. This star point is galvanically connected to a protective conductor and/or to electrical earth.
  • a voltage divider formed from two series-connected capacitances is formed on the DC voltage-side connection of the rectifier, the connection node of which, in particular the potential created by the division of the intermediate circuit voltage, is connected to the star point, in particular also to the protective conductor and/or to electrical earth. galvanically connected.
  • three further capacitances are also provided, which are electrically connected to one another at their first connection and are connected to a respective motor phase at their other connection.
  • a star point is also formed at the first connection, which is electrically connected to the aforementioned star point.
  • the inverter in turn has three half-bridges supplied in parallel with one another from the DC voltage present at the connection of the inverter on the DC voltage side
  • Each of the half-bridges has a series circuit made up of an upper and a lower controllable semiconductor switch.

Abstract

The invention relates to a method for operating a drive system, comprising a plurality of inverters, wherein a respective electric motor is fed from the AC-voltage-side terminal of the respective inverter, wherein the DC-voltage-side terminals of the respective inverters are connected in parallel with one another and said parallel circuit is connected to the DC-voltage-side terminal of a rectifier, the respective inverter having respective semiconductor switches which are driven in accordance with a respective pulse width modulation, the inverters being designed as bus subscribers in a data bus to which a module designed as a master, is also connected. In a first method step, a respective bus address is allocated to each inverter and then, in a second method step, a time offset of the first switching edge, that is to say a starting time (t_i), of its pulse-width modulation, which time offset is related to a synchronization signal, is allocated to each inverter.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems und Antriebssystem, aufweisend mehrere Wechselrichter Method for operating a drive system and drive system, having a plurality of inverters
Beschreibung: Description:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems und ein Antriebssystem, aufweisend mehrere Wechselrichter. The invention relates to a method for operating a drive system and a drive system having a plurality of inverters.
Es ist allgemein bekannt, dass ein Antriebssystem ermöglicht, Elektromotoren drehzahlgeregelt oder drehmomentgeregelt zu betreiben. It is generally known that a drive system makes it possible to operate electric motors with speed control or torque control.
Aus der US 2012 / 0235617 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik ein Antriebssystem bekannt. A drive system is known from US 2012/0235617 A1 as the closest prior art.
Aus der DE 102016 008 951 A1 ist ein Verfahren zur Regelung eines Spannungszwischenkreises bekannt. A method for controlling a voltage intermediate circuit is known from DE 102016 008 951 A1.
Aus der DE 102018210244 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems bekannt. A method for operating an electric drive system is known from DE 102018210244 A1.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem weiterzubilden, wobei die Standzeit erhöht werden soll. The invention is therefore based on the object of developing a drive system in which the service life is to be increased.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1 und bei dem Antriebssystem nach den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst. According to the invention, the object is achieved with the method according to the features specified in claim 1 and with the drive system according to the features specified in claim 12 .
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems sind, dass das Antriebssystem mehrere, insbesondere mehr als zwei, Wechselrichter, insbesondere und einen Datenbus, aufweist, wobei ein jeweiliger Elektromotor aus dem wechselspannungsseitigen Anschluss des jeweiligen Wechselrichters gespeist wird, wobei die gleichspannungsseitigen Anschlüsse der jeweiligen Wechselrichter zueinander parallelgeschaltet sind und diese Parallelschaltung mit dem gleichspannungsseitigen Anschluss eines Gleichrichters, insbesondere steuerbaren und/oder rückspeisefähigen Gleichrichters, insbesondere mittels Stromschienen, verbunden ist, wobei der jeweilige Wechselrichter jeweilige, gemäß einer jeweiligen Pulsweitenmodulation angesteuerte Halbleiterschalter aufweist, wobei die Wechselrichter als Busteilnehmer eines Datenbusses ausgeführt sind, an welchem auch ein als Master ausgeführtes Modul angeschlossen ist, insbesondere wobei das Modul den Gleichrichter umfasst, wobei in einem ersten Verfahrensschritt, insbesondere bei Initialisierung oder Inbetriebnahme des Antriebssystems, jedem Wechselrichter eine jeweilige Busadresse zugeteilt wird und danach in einem zweiten Verfahrensschritt jedem Wechselrichter ein auf ein Synchronisationssignal bezogener Zeitversatz der ersten Schaltflanke, also ein Startzeitpunkt t_i, seiner Pulsweitenmodulation, insbesondere seines Pulsweitenmodulationsverfahrens, vorgegeben wird. Important features of the invention in the method for operating a drive system are that the drive system has several, in particular more than two, inverters, in particular and a data bus, with a respective electric motor being fed from the AC voltage-side connection of the respective inverter, wherein the DC voltage-side connections of the respective inverters are connected in parallel to one another and this parallel circuit is connected to the DC voltage-side connection of a rectifier, in particular a controllable and/or regenerative rectifier, in particular by means of busbars, the respective inverter having respective semiconductor switches controlled according to a respective pulse width modulation, wherein the inverters are designed as bus users of a data bus to which a module designed as a master is also connected, in particular with the module comprising the rectifier, with each inverter being assigned a respective bus address in a first method step, in particular during initialization or commissioning of the drive system, and then, in a second method step, each inverter is given a time offset of the first switching edge, which is related to a synchronization signal, ie a start time point t_i, its pulse width modulation, in particular its pulse width modulation method, is specified.
Von Vorteil ist dabei, dass die ersten Schaltflanken an unterschiedlichen Zeitpunkten stattfinden und somit die dabei entstehenden Ableitströme, welche die Standzeit der Y- Kondensatoren verringern, vermindert werden. Somit wird die Standzeit vergrößert. The advantage here is that the first switching edges take place at different points in time and the resulting leakage currents, which reduce the service life of the Y capacitors, are thus reduced. Thus, the service life is increased.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jeder Wechselrichter zueinander parallel geschaltete, aus der Gleichspannung gespeiste Halbbrücken auf, die jeweils als Reihenschaltung zumindest zweier steuerbarer Halbleiterschalter ausgeführt sind, wobei die Halbleiterschalter des jeweiligen Wechselrichters mit pulsweitenmodulierten Ansteuersignalen gemäß der Pulsweitenmodulation des Wechselrichters und ihrer Polarität angesteuert werden. Von Vorteil ist dabei, dass dem Motor die zur Drehzahlregelung oder Drehmomentregelung jeweils aktuell notwendige Spannung bereitstellbar ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am Startzeitpunkt t_1 , insbesondere also zu Beginn einer jeweiligen Pulsweitenmodulationsperiode des ersten Wechselrichters, der obere Schalter der ersten Halbbrücke des ersten Wechselrichters geöffnet und der untere Schalter dieser ersten Halbbrücke des ersten Wechselrichters geschlossen, insbesondere wobei der obere Schalter mit dem oberen Potential der am gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters anliegenden Spannung verbunden ist und wobei der untere Schalter mit dem unteren Potential der am gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters anliegenden Spannung verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein definiertes Anfangsverhalten vorhanden ist. In an advantageous embodiment, each inverter has half-bridges which are connected in parallel and are fed from the DC voltage and are each designed as a series connection of at least two controllable semiconductor switches, the semiconductor switches of the respective inverter being driven with pulse-width-modulated drive signals according to the pulse-width modulation of the inverter and their polarity. The advantage here is that the motor can be provided with the current voltage required for speed control or torque control. In an advantageous embodiment, at the start time t_1, in particular at the beginning of a respective pulse width modulation period of the first inverter, the upper switch of the first half-bridge of the first inverter is open and the lower switch of this first half-bridge of the first inverter is closed, in particular the upper switch being connected to the upper Potential of the voltage present at the DC voltage-side connection of the inverter is connected, and the lower switch is connected to the lower potential of the voltage present at the DC voltage-side connection of the inverter. The advantage here is that there is a defined initial behavior.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind vom Master ausgehend, die Wechselrichter entlang des Datenbusses als Reihe angeordnet, wobei im ersten Verfahrensschritt vom Master ausgehend, insbesondere sukzessiv, jeder Wechselrichter seinem in der Reihe nachfolgenden Wechselrichter eine Busadresse zuteilt, bis ein Wechselrichter durch das Scheitern einerweiteren Zuteilung einer Busadresse sich als letzter in der Reihe erkennt und daraufhin. Von Vorteil ist dabei, dass eine zentrale Adressvergabe ermöglicht ist. Somit ist es auch ermöglicht, dass der Master die Startzeitpunkte, also die jeweiligen Zeitversätze zurZeitbasis, dem jeweiligen Wechselrichter übermittelt. Zuvor ist der Mater in der Lage, die Zeitversätze optimal zu bestimmen. Statt eines Masters ist aber auch eine zentrale Steuerung mit dem Datenbus verbindbar und die Adressvergabe von dieser ausführbar sowie auch die genannte optimale Bestimmung der Zeitversätze und deren Übermittlung an die als Busteilnehmer ausgeführten Wechselrichter. In an advantageous embodiment, starting from the master, the inverters are arranged in a row along the data bus, with the first method step starting from the master, in particular successively, each inverter allocating a bus address to the inverter that follows it in the series until an inverter fails to allocate a further one bus address recognizes itself as the last in the series and then. The advantage here is that central address assignment is possible. It is thus also possible for the master to transmit the start times, i.e. the respective time offsets to the time base, to the respective inverter. Before that, the master is able to optimally determine the time offsets. Instead of a master, however, a central controller can also be connected to the data bus and the address assignment can be carried out by this, as can the optimal determination of the time offsets mentioned and their transmission to the inverters designed as bus users.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die an die Wechselrichter des Antriebssystems übermittelten Zeitversätze, insbesondere Startzeitpunkte, regelmäßig vom Synchronisationssignal beabstandet, insbesondere also über die Zeitdauer einer Pulsweitenmodulationsperiode gleichverteilt sind. Von Vorteil ist dabei, dass die beim jeweiligen Startzeitpunkt ausgelösten Ableitströme möglichst gleichverteilt sind und somit die Y-Kondensatoren möglichst gering belastet werden, also die Standzeit erhöht ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung bilden je zwei der Wechselrichter ein Paar und wird dem jeweiligen Paar ein jeweiliger Zeitversatz zugeordnet, wobei die Polarität der Pulsweitenmodulation eines ersten Wechselrichters des Paares invertiert ist zur Polarität der Pulsweitenmodulation des anderen Wechselrichters des Paars, insbesondere wobei jedem Paar jeweils ein von den anderen Paaren zugeordneten Zeitversätzen unterschiedlicher Zeitversatz zugeordnet wird. Von Vorteil ist dabei, dass die beiden Wechselrichter eines Paars zwar denselben Zeitversatz, aber unterschiedliche Polarität, aufweisen dürfen und somit die von den einzelnen Wechselrichtern des Paars ausgelösten Ausgleichsströme sich gegen seitig im Wesentlichen annullieren. Die Y- Kondensatoren werden somit möglichst gering belastet und die Standzeit somit möglichst hoch. In an advantageous embodiment, the time offsets transmitted to the inverters of the drive system, in particular starting times, are regularly spaced from the synchronization signal, ie in particular are evenly distributed over the duration of a pulse width modulation period. The advantage here is that the leakage currents triggered at the respective start time are distributed as evenly as possible and the load on the Y capacitors is therefore as low as possible, ie the service life is increased. In an advantageous embodiment, two of the inverters each form a pair and a respective time offset is assigned to the respective pair, with the polarity of the pulse width modulation of a first inverter in the pair being inverse to the polarity of the pulse width modulation of the other inverter in the pair, in particular with each pair having one of different time offsets are assigned to the other pairs associated time offsets. The advantage here is that the two inverters in a pair may have the same time offset, but different polarity, so that the equalizing currents triggered by the individual inverters in the pair essentially cancel each other out. The Y-capacitors are thus loaded as little as possible and the service life is therefore as long as possible.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vom jeweiligen Wechselrichter l_i eine maximale Leistung P_i dem von diesem Wechselrichter l_i gespeisten Elektromotor M_i bereit stellbar, wobei, insbesondere innerhalb einer Pulsweitenmodulationsperiodendauer nach dem Synchronisationssignal, mit zunehmender Leistung P_i der zeitliche Abstand zwischen dem Startzeitpunkt t_i des jeweiligen Wechselrichters l_i und dem dazu zeitlich nächstbenachbarten Startzeitpunkt (t_i+1 und/oder t_i-1) eines anderen Wechselrichters (l_i+1 und/oder l_i-1) streng monoton ansteigt. Von Vorteil ist dabei, dass bei Wechselrichtern unterschiedlicher Leistungsgröße die Startzeitpunkte derart verteilt werden innerhalb einer Pulsweitenmodulationsperiodendauer nach dem Synchronisationssignal, dass die Ableitströme, insbesondere das zeitliche Integral der Ableitströme oder deren über eine Pulsweitenmodulationsperiode gebildete Mittelwert, möglichst klein ist. Dabei durchläuft i die Zahlen von 1 bis n, wobei n die Anzahl der Wechselrichter des Antriebssystems ist. In an advantageous embodiment, the respective inverter l_i can provide a maximum power P_i to the electric motor M_i fed by this inverter l_i, with the time interval between the starting time t_i of the respective inverter l_i and increases strictly monotonously at the next starting point in time (t_i+1 and/or t_i-1) of another inverter (l_i+1 and/or l_i-1). The advantage here is that in the case of inverters with different power ratings, the start times are distributed within a pulse width modulation period after the synchronization signal in such a way that the leakage currents, in particular the time integral of the leakage currents or their mean value formed over a pulse width modulation period, is as small as possible. i runs through the numbers from 1 to n, where n is the number of inverters in the drive system.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Gleichspannung am gleichspannungsseitigen Anschluss eines netzgespeisten Gleichrichters, insbesondere AC/DC-Wandlers, zur Verfügung gestellt, insbesondere wobei der Gleichrichter, insbesondere an seinem wechselspannungsseitigen Anschluss, aus einem Wechselspannungsnetz insbesondere mit Drehspannung, versorgt wird, insbesondere wobei der gleichstromseitige Anschluss des Gleichrichters parallel geschaltet ist zum gleichspannungsseitigen Anschluss des ersten Wechselrichters und zum gleichspannungsseitigen Anschluss des zweiten Wechselrichters. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache und kostengünstige Bereitstellung einer Gleichspannung ausführbar ist. Dabei ist am wechselspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters, insbesondere also am netzseitigen Gleichrichter, ein Netzfilter angeordnet, das Y-Kondensatoren, insbesondere zur Entstörung, aufweist. Durch die erfindungsgemäß gleichmäßigere Entnahme von Leistung aus dem Zwischenkreis mittels der Wechselrichter, ist die Standzeit erhöhbar, weil die Belastung der Y-Kondensatoren erhöht ist. In an advantageous embodiment, the DC voltage is made available at the DC voltage-side connection of a mains-fed rectifier, in particular an AC/DC converter, in particular with the rectifier being supplied, in particular at its AC voltage-side connection, from an AC voltage network, in particular with three-phase voltage, In particular, the DC-side connection of the rectifier is connected in parallel to the DC-side connection of the first inverter and to the DC-side connection of the second inverter. The advantage here is that a direct voltage can be provided in a simple and cost-effective manner. In this case, a mains filter is arranged on the AC voltage-side connection of the rectifier, in particular on the mains-side rectifier, which has Y-capacitors, in particular for interference suppression. As a result of the more uniform removal of power from the intermediate circuit by means of the inverters according to the invention, the service life can be increased because the load on the Y capacitors is increased.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung verlaufen die Pulsweitenmodulationssignale des ersten Wechselrichters zu den Pulsweitenmodulationssignalen eines zweiten Wechselrichters asynchron, insbesondere sind nicht synchronisiert. Von Vorteil ist dabei, dass eine zeitlich bessere Verteilung der Belastung erreichbar ist. In an advantageous embodiment, the pulse width modulation signals of the first inverter are asynchronous to the pulse width modulation signals of a second inverter, in particular they are not synchronized. The advantage here is that a better distribution of the load over time can be achieved.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt der Beginn der Pulsweitenmodulationsperioden des ersten und zweiten Wechselrichters asynchron und/oder nicht zeitgleich. Von Vorteil ist dabei, dass somit die Belastung durch Ausgleichsströme, also Ableitströme, verringerbar ist. In an advantageous embodiment, the pulse width modulation periods of the first and second inverters start asynchronously and/or not at the same time. The advantage here is that the load from compensating currents, ie leakage currents, can be reduced.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist innerhalb einer jeden Pulsweitenmodulationsperiode die erste Schaltflanke eines Ansteuersignals für einen oberen Halbleiterschalter des ersten Wechselrichters invertiert und/oder erfolgt invers zur ersten Schaltflanke eines Ansteuersignals für einen oberen Halbleiterschalter des zweiten Wechselrichters. Von Vorteil ist dabei, dass eine Paarbildung bei den Wechselrichtern ermöglicht ist, so dass die Startzeitpunkte der Wechselrichter eines Paars zeitgleich erfolgen, also die Zeitversätze gleich groß sind. In an advantageous embodiment, the first switching edge of a control signal for an upper semiconductor switch of the first inverter is inverted within each pulse width modulation period and/or occurs inversely to the first switching edge of a control signal for an upper semiconductor switch of the second inverter. The advantage here is that a pairing of the inverters is made possible, so that the starting times of the inverters of a pair take place at the same time, ie the time offsets are the same.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist einer der steuerbaren Halbleiterschalter, also oberer Halbleiterschalter, einer jeweiligen Halbbrücke mit dem oberen Potential der Gleichspannung verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass der Wechselrichter einfach herstellbar ist. In an advantageous embodiment, one of the controllable semiconductor switches, that is to say the upper semiconductor switch, of a respective half-bridge is connected to the upper potential of the DC voltage. The advantage here is that the inverter is easy to produce.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist einer der steuerbaren Halbleiterschalter, also unterer Halbleiterschalter, einer jeweiligen Halbbrücke mit dem unteren Potential der Gleichspannung verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass der Wechselrichter einfach herstellbar ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zu Beginn einer jeweiligen Pulsweitenmodulationsperiode der obere Schalter einer ersten Halbbrücke des ersten Wechselrichters geöffnet und der untere Schalter dieser ersten Halbbrücke des ersten Wechselrichters geschlossen und der obere Schalter einer zweiten Halbbrücke des zweiten Wechselrichters geschlossen und der untere Schalter dieser zweiten Halbbrücke des zweiten Wechselrichters geöffnet. Von Vorteil ist dabei, dass die Polarität in einfacher Weise festlegbar ist. In an advantageous embodiment, one of the controllable semiconductor switches, that is to say the lower semiconductor switch, of a respective half-bridge is connected to the lower potential of the DC voltage. The advantage here is that the inverter is easy to produce. In an advantageous embodiment, at the beginning of a respective pulse width modulation period, the upper switch of a first half-bridge of the first inverter is open and the lower switch of this first half-bridge of the first inverter is closed and the upper switch of a second half-bridge of the second inverter is closed and the lower switch of this second half-bridge of the second inverter open. The advantage here is that the polarity can be defined in a simple manner.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wire das Synchronisationssignal, insbesondere das Synchronisationsimpulse aufweisende Synchronisationssignal, auf Stromschienen aufmoduliert, welche die gleichspannungsseitigen Anschlüsse der Wechselrichter miteinander und mit dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters verbinden, oder dass das Synchronisationssignal, insbesondere das Synchronisationsimpulse aufweisende Synchronisationssignal, vom Master als Broadcasttelegramm zeitlich wiederkehrend mittels des Datenbusses an alle Wechselrichter gesendet wird, insbesondere wobei abhängig vom Synchronisationssignal als Zeitbasis um den jeweiligen Zeitversatz verzögert die Startzeitpunkte t_i der Pulsweitenmodulation der jeweiligen Wechselrichter l_i festgelegt werden. Von Vorteil ist dabei, dass die Synchronisierung ohne besonderen Aufwand ausführbar ist. In an advantageous embodiment, the synchronization signal, in particular the synchronization signal having synchronization pulses, is modulated onto busbars which connect the DC voltage-side connections of the inverters to one another and to the DC voltage-side connection of the rectifier, or the synchronization signal, in particular the synchronization signal having synchronization pulses, is timed by the master as a broadcast telegram is sent recurrently to all inverters by means of the data bus, in particular the start times t_i of the pulse width modulation of the respective inverters l_i being delayed as a function of the synchronization signal as a time base by the respective time offset. The advantage here is that the synchronization can be carried out without any particular effort.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung unterscheidet sich die Polarität der Pulsweitenmodulation eines ersten der Wechselrichter von der Polarität der Pulsweitenmodulation eines zweiten der Wechselrichter, insbesondere so, dass die Pulsweitenmodulation der Ansteuersignale für die steuerbaren Halbleiterschalter des ersten der Wechselrichter gegensynchron getaktet zur Pulsweitenmodulation der Ansteuersignale für die steuerbaren Halbleiterschalter des zweiten der Wechselrichter ausgeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine Paarbildung mit zueinander gegengetaktet betriebenen Pulsweitenmodulationen ausführbar ist. Somit sind vom Paar keine oder nur geringe Ableitströme, insbesondere Ausgleichsströme, erzeugbar. In an advantageous embodiment, the polarity of the pulse width modulation of a first of the inverters differs from the polarity of the pulse width modulation of a second of the inverters, in particular such that the pulse width modulation of the drive signals for the controllable semiconductor switches of the first of the inverters is clocked counter-synchronously to the pulse width modulation of the drive signals for the controllable semiconductor switches the second the inverter is running. The advantage is that a pair formation with pulse width modulations operated counter-clocked to one another. Thus, no or only small leakage currents, in particular compensating currents, can be generated by the pair.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind am gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters, am wechselspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters, an einem mit dem wechselspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters angeschlossenen Netzfilter und/oder am Elektromotor Y-Kondensatoren angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass eine Entstörung einfach und kostengünstig ausgeführt ist, wobei erfindungsgemäß eine nur geringe Belastung durch Ableitströme, insbesondere Ausgleichströme, erfolgt und somit eine hohe Standzeit erreichbar ist. In an advantageous embodiment, Y-capacitors are arranged on the DC voltage-side connection of the rectifier, on the AC voltage-side connection of the rectifier, on a mains filter connected to the AC voltage-side connection of the rectifier and/or on the electric motor. The advantage here is that interference suppression is carried out simply and cost-effectively, with the invention only imposing a low load from leakage currents, in particular compensating currents, and thus a long service life can be achieved.
Wichtige Merkmale bei dem Antriebssystem zur Durchführung eines vorgenannten Verfahrens sind, dass der gleichspannungsseitige Anschluss der Wechselrichter parallelgeschaltet ist. Important features of the drive system for carrying out an aforementioned method are that the connection of the inverters on the DC voltage side is connected in parallel.
Von Vorteil ist dabei, dass ein einziger Gleichrichter allen Wechselrichtern eine Gleichspannung zur Verfügung stellt. Außerdem ist nur ein einziges am Gleichrichter netzseitig angeordnete Netzfilter notwendig für die Versorgung aller Wechselrichter. The advantage here is that a single rectifier provides all inverters with a DC voltage. In addition, only a single mains filter arranged on the mains side of the rectifier is necessary for the supply of all inverters.
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. Further advantages result from the dependent claims. The invention is not limited to the combination of features of the claims. For the person skilled in the art, there are further meaningful combinations of claims and/or individual claim features and/or features of the description and/or the figures, in particular from the task and/or the task posed by comparison with the prior art.
Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert: The invention will now be explained in more detail using schematic illustrations:
In der Figur 1 ist ein Antriebssystem mit Wechselrichtern (l_1, l_2, l_n) schematisch dargestellt. A drive system with inverters (l_1, l_2, l_n) is shown schematically in FIG.
In der Figur 2 ist ein zeitversetztes Betreiben der Wechselrichter (l_1, l_2, l_n) des Antriebssystems schematisch dargestellt. A time-delayed operation of the inverters (L_1, L_2, L_n) of the drive system is shown schematically in FIG.
Wie in den Figuren dargestellt, weist das Antriebssystem Wechselrichter (l_1, l_2, l_n) auf, deren gleichspannungsseitiger Anschluss zueinander parallelgeschaltet ist und aus dem gleichspannungsseitigen Anschluss eines Gleichrichters versorgt ist, der an seinem wechselspannungsseitigen Anschluss über ein Netzfilter mit dem Wechselspannungsnetz AC verbunden ist. As shown in the figures, the drive system has inverters (l_1, l_2, l_n) whose DC voltage-side connection is connected in parallel to one another and is supplied from the DC voltage-side connection of a rectifier, which is connected to the AC voltage network AC at its AC voltage-side connection via a line filter.
Dabei stellt der geichspannungsseitige Anschluss des Gleichrichters jedem Wechselrichter (l_1, l_2, l_n) eine Gleichspannung über eine Zwischenkreisverschienung DC-Link zur Verfügung. Die gleichspannungsseitigen Anschlüsse der Wechselrichter (l_1, l_2, l_n) sind hierzu parallelgeschaltet. In der Figur 1 ist zwar für den ersten Wechselrichter l_1 die selbe Darstellung wie für den zweiten Wechselrichter l_2 ausgeführt; jedoch sind diese Wechselrichter auch unterschiedlich ausführbar, insbesondere mit unterschiedlich großer Nennleistung. The connection of the rectifier on the DC voltage side makes a DC voltage available to each inverter (l_1, l_2, l_n) via a DC link busbar. The connections on the DC side of the inverters (l_1, l_2, l_n) are connected in parallel for this purpose. In FIG. 1, the same representation is shown for the first inverter l_1 as for the second inverter l_2; however, these inverters can also be designed in different ways, in particular with different rated powers.
Das Netzfilter (L_1 , CY_2) weist Y-Kondensatoren CY_2 auf, insbesondere zur Entstörung. The mains filter (L_1, CY_2) has Y capacitors CY_2, in particular for interference suppression.
Aus jedem wechselspannungsseitigen Anschluss des jeweiligen Wechselrichters (l_1, l_2, l_n) ist ein jeweiliger Elektromotor M gespeist, insbesondere mit einem jeweiligen vom jeweiligen Wechselrichter (l_1, l_2, l_n) zur Verfügung gestellten Drehspannungssystem, wobei die Elektromotoren M vorzugsweise als Drehstrommotoren ausgeführt sind. A respective electric motor M is fed from each AC voltage-side connection of the respective inverter (l_1, l_2, l_n), in particular with a respective three-phase voltage system provided by the respective inverter (l_1, l_2, l_n), the electric motors M preferably being designed as three-phase motors.
Auch die Versorgungsleitungen des jeweiligen Elektromotors sind mit Kondensatoren, insbesondere Y-Kondensatoren, versehen, so dass jede Phasenleitung über jeweils einem Kondensator (CS_1, CS_2, CS_n) gegen elektrisch Erde verbunden ist. Ebenso ist auch der jeweilige Elektromotor M über einen jeweiligen Kondensator (CM_1,The supply lines of the respective electric motor are also provided with capacitors, in particular Y-capacitors, so that each phase line is connected to electrically ground via a respective capacitor (CS_1, CS_2, CS_n). The respective electric motor M is also connected via a respective capacitor (CM_1,
CM_2, CM_n) gegen elektrisch Erde verbunden. CM_2, CM_n) connected to electrical ground.
Jeder der Wechselrichter (l_1, l_2, l_n) weist jeweils drei parallel geschaltete Reihenschaltungen auf, wobei jede Reihenschaltung zwei steuerbare, in Reihe angeordnete Halbleiterschalter aufweist. Am Verbindungsknoten der beiden steuerbaren Halbleiterschalter einer jeweiligen Reihenschaltung wird somit eine jeweilige Phasenspannung dem Elektromotor zur Verfügung gestellt. Each of the inverters (l_1, l_2, l_n) has three series circuits connected in parallel, each series circuit having two controllable semiconductor switches arranged in series. A respective phase voltage is thus made available to the electric motor at the connection node of the two controllable semiconductor switches of a respective series connection.
Vorzugsweise ist der wechselspannungsseitige Anschluss des Wechselrichters dreiphasig ausgeführt, so dass also jeder Wechselrichter (l_1 , l_2) jeweils drei dieser Reihenschaltungen aufweist und somit drei Phasenspannungen dem Motor zur Verfügung gestellt werden. The connection of the inverter on the AC voltage side is preferably three-phase, so that each inverter (l_1, l_2) has three of these series connections and thus three phase voltages are made available to the motor.
Jeder Wechselrichter (l_1, l_2) weist jeweils eine als Signalelektronik ausgeführte elektronische Schaltung auf, welche pulsweitenmodulierte Ansteuersignale für die steuerbaren Halbleiterschalter des Wechselrichters (l_1, l_2) erzeugt. Each inverter (l_1, l_2) has an electronic circuit in the form of signal electronics, which generates pulse-width-modulated drive signals for the controllable semiconductor switches of the inverter (l_1, l_2).
Von einer zentralen Einheit wird das Synchronisationssignal an jeden der Wechselrichter (l_1 , l_2, l_n) übertragen. Jedem Wechselrichter (l_1, l_2, l_n) wird eine jeweilige Zeitspanne (t1, t2, tn) zugeordnet, zu der die Pulsweitenmodulationsperiode seiner Ansteuersignale beginnt. Diese Zeitspannen (t1, t2, tn) sind entweder unterschiedlich oder weisen, wenn zwei der Wechselrichter eine gleiche Zeitspanne aufweisen, unterschiedliche Polarität auf. Dies bedeutet, dass die erste Schaltflanke des oberen steuerbaren Halbleiterschalters des ersten der beiden Wechselrichter mit der gleichen Zeitspanne, invertiert ist zu der ersten Schaltflanke des oberen steuerbaren Halbleiterschalters des anderen der beiden Wechselrichter mit der gleichen Zeitspanne. Bei diesen invertierten Ansteuersignalen ist also die Polarität des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals unterschiedlich. The synchronization signal is transmitted to each of the inverters (l_1, l_2, l_n) from a central unit. Each inverter (l_1, l_2, l_n) is assigned a respective time period (t1, t2, tn) at which the pulse width modulation period of its drive signals begins. These time periods (t1, t2, tn) are either different or, if two of the inverters have the same time period, have different polarity. This means that the first switching edge of the upper controllable semiconductor switch of the first of the two inverters with the same time period is inverted to the first switching edge of the upper controllable semiconductor switch of the other of the two inverters with the same time period. In the case of these inverted control signals, the polarity of the pulse width modulated control signal is therefore different.
Von Vorteil ist dabei, dass Ausgleichsströme, insbesondere Ableitströme, verringert werden und das am Gleichrichter netzseitiger Netzfilter samt seiner Y-Kondensatoren somit eine längere Standzeit aufweist. The advantage here is that compensating currents, in particular leakage currents, are reduced and the mains filter on the rectifier on the mains side, together with its Y capacitors, thus has a longer service life.
Die Zeitspanne (t1, t2, tn) ist also ein Zeitversatz zu einem Synchronisationssignal, das allen Wechselrichtern als Zeitbasis dient. Erfindungsgemäß sind also die ersten Schaltflanken der verschiedenen Wechselrichter an unterschiedlichen Zeitpunkten angeordnet. Ausnahme hiervon ist ein jeweiliges Paar von Wechselrichtern, deren Pulsweitenmodulationsperioden zwar zeitlich synchron sind, aber unterschiedliche Polarität aufweisen. The period of time (t1, t2, tn) is therefore a time offset to a synchronization signal that serves as a time base for all inverters. According to the invention, the first switching edges are different inverters arranged at different points in time. The exception to this is a respective pair of inverters whose pulse width modulation periods are synchronous in time but have different polarity.
Jeder Elektromotor M wird von dem ihm zugeordneten jeweiligen Wechselrichter mit einem Drehspannungssystem, also mit drei Phasenspannungen, gespeist. Each electric motor M is supplied with a three-phase voltage system, ie with three phase voltages, by the respective inverter assigned to it.
Zur Erzeugung eines jeweiligen Wertes an Phasenspannung durch den ersten Wechselrichter l_1 wird das Pulsweitenmodulationsverhältnis innerhalb einer jeweiligen Pulsweitenmodulationsperiode vorgegeben. Hierbei wird zu Beginn der Pulsweitenmodulationsperiode der untere Halbleiterschalter der jeweiligen, der jeweiligen Phasenspannung zugeordneten Reihenschaltung geschlossen und der obere Halbleiterschalter dieser Reihenschaltung geöffnet. The pulse width modulation ratio is specified within a respective pulse width modulation period in order to generate a respective phase voltage value by the first inverter l_1. In this case, at the beginning of the pulse width modulation period, the lower semiconductor switch of the respective series circuit assigned to the respective phase voltage is closed and the upper semiconductor switch of this series circuit is opened.
Dabei wird also der Anschluss für die Phasenspannung mit dem unteren Potential der Gleichspannung, also der Zwischenkreisspannung U_z, verbunden. Nach Ablauf eines Viertels der Periodendauer der Pulsweitenmodulationsperiode wird der untere Halbleiterschalter geöffnet und der obere geschlossen, so dass nun der Anschluss für die Phasenspannung mit dem oberen Potential der Gleichspannung verbunden ist, wobei dies die halbe Periodendauer andauert. In this case, the connection for the phase voltage is connected to the lower potential of the DC voltage, ie the intermediate circuit voltage U_z. After a quarter of the period of the pulse width modulation period has elapsed, the lower semiconductor switch is opened and the upper one is closed, so that the connection for the phase voltage is now connected to the upper potential of the DC voltage, with this lasting half the period.
Erfindungsgemäß wird der zweite Wechselrichter l_2 mit relativ zum ersten Wechselrichter l_1 invertierten Schaltflanken betrieben. In Figur 2 wird beispielhaft einAccording to the invention, the second inverter l_2 is operated with switching edges that are inverted relative to the first inverter l_1. In Figure 2 is an example
Pulsweitenmodulationsverhältnis von 50% gewählt. Hierbei wird jedoch in der Reihenschaltung des zweiten Wechselrichters l_2 zu Beginn der Pulsweitenmodulationsperiode der obere Halbleiterschalter der Reihenschaltung geschlossen und der untere Halbleiterschalter der Reihenschaltung geöffnet. Dabei wird also der Anschluss für die zu dieser Reihenschaltung zugehörige Phasenspannung des zweiten Wechselrichters 2 mit dem oberen Potential der Gleichspannung, also Zwischenkreisspannung U_z, verbunden. Nach Ablauf eines Viertel der Periodendauer der Pulsweitenmodulationsperiode wird der obere Halbleiterschalter geöffnet und der untere geschlossen, so dass nun der Anschluss für die Phasenspannung mit dem unteren Potential der Gleichspannung verbunden ist, wobei dies die halbe Periodendauer andauert. Wenn statt der 50% in den Reihenschaltungen andere Pulsweitenmodulationsverhältnisse angesteuert werden, wird die jeweilige Schaltflanke zeitlich ins Plus + oder Minus geschoben, also zeitlich innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode vorverlegt oder zurückverlegt. Somit schalten dann die Halbleiterschalter der Halbbrücke des ersten Wechselrichters l_1 nicht exakt gleichzeitig mit der Halbbrücke des zweiten Wechselrichters l_2, wenn dort ein anderes Pulsweitenmodulationsverhältnis vorgegeben ist. Pulse width modulation ratio of 50% selected. In this case, however, in the series circuit of the second inverter l_2, the upper semiconductor switch of the series circuit is closed and the lower semiconductor switch of the series circuit is opened at the beginning of the pulse width modulation period. In this case, the connection for the phase voltage of the second inverter 2 associated with this series connection is connected to the upper potential of the DC voltage, that is to say the intermediate circuit voltage U_z. After a quarter of the period of the pulse width modulation period has elapsed, the upper semiconductor switch is opened and the lower one is closed, so that the connection for the phase voltage is now connected to the lower potential of the DC voltage, with this lasting half the period. If, instead of the 50% in the series circuits, pulse width modulation ratios other than 50% are controlled, the respective switching edge is shifted to plus + or minus in time, i.e. shifted forward or backward in time within the pulse width modulation period. Thus, the semiconductor switches of the half-bridge of the first inverter l_1 do not switch exactly at the same time as the half-bridge of the second inverter l_2 if a different pulse width modulation ratio is specified there.
Erfindungsgemäß werden aber Ausgleichsströme im Zwischenkreis, also zwischen den gleichspannungsseitigen Anschlüssen der Wechselrichter (l_1, l_2) zumindest verringert oder sogar ganz vermieden. According to the invention, however, compensating currents in the intermediate circuit, ie between the DC voltage-side connections of the inverters (l_1, l_2), are at least reduced or even completely avoided.
Besonders wichtig ist dieser erfindungsgemäße Vorteil, wenn vom wechselspannungsseitigen Anschluss des jeweiligen Wechselrichters (l_1 , l_2) zum jeweiligen Elektromotor sehr lange Kabel verwendet werden. Denn dann liegen hohe Erdkapazitäten der Kabel und Motoren vor, so dass ein gemeinsames Netzfilter, das an dem die Gleichspannung zur Verfügung stellenden netzgespeisten Gleichrichter angeordnet ist, hohen Ableitströmen ausgesetzt ist. This advantage according to the invention is particularly important if very long cables are used from the AC voltage-side connection of the respective inverter (l_1, l_2) to the respective electric motor. This is because the cables and motors then have high ground capacitances, so that a common mains filter, which is arranged on the mains-fed rectifier that makes the direct voltage available, is exposed to high leakage currents.
Wenn die erste Schaltflanke innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode zum oberen Potential hinspringt, weist die Pulsweitenmodulation eine positive Polarität auf. Wenn die erste Schaltflanke innerhalb der Pulsweitenmodulationsperiode zum unteren Potential hinspringt, weist die Pulsweitenmodulation eine negative Polarität auf. If the first switching edge jumps to the upper potential within the pulse width modulation period, the pulse width modulation has a positive polarity. If the first switching edge jumps to the lower potential within the pulse width modulation period, the pulse width modulation has a negative polarity.
Um die Pulsweitenmodulation der beiden Wechselrichter (l_1, l_2) miteinander zu synchronisieren wird ein Synchronisationssignal SYNC an beide Wechselrichter (l_1, l_2) übertragen. Vorzugsweise ist hierzu die Signalelektronik des ersten Wechselrichters l_1 mit der Signalelektronik des zweiten Wechselrichters l_2 über eine Datenbusverbindung verbunden. Im einfachsten Fall ist diese Datenbusverbindung kabelgebunden ausgeführt, insbesondere in einem geschirmten Kabel. In order to synchronize the pulse width modulation of the two inverters (l_1, l_2) with one another, a synchronization signal SYNC is transmitted to both inverters (l_1, l_2). For this purpose, the signal electronics of the first inverter l_1 is preferably connected to the signal electronics of the second inverter l_2 via a data bus connection. In the simplest case, this data bus connection is wired, in particular in a shielded cable.
Alternativ wird das Synchronisationssignal auf die gleichspannungsseitige Verbindung der Wechselrichter (l_1, l_2) aufmoduliert, insbesondere also auf die Zwischenkreisverbindung oder Zwischenkreisverschienung. Da das obere Potential des gleichspannungsseitigen Anschlusses des ersten Wechselrichters l_1 mit dem obere Potential des gleichspannungsseitigen Anschlusses des zweiten Wechselrichters l_2 vorzugsweise mittels einer Stromschiene verbunden ist, um das Durchleiten eines starken Stroms zu ermöglichen, wird also das Synchronisationssignal auf den in der Stromschiene vorhandenen Strom aufmoduliert. Die Einkoppelung des mittelfrequenten oder hochfrequenten Synchronisationssignals zur Stromschiene hin erfolgt im ersten Wechselrichter l_1 über eine Kapazität; die Auskoppelung des Signals im zweiten Wechselrichter l_2 erfolgt ebenfalls über eine Kapazität. Alternativ wäre zwar eine induktive und somit sichere und potentialfreie Ein- und Auskoppelung ermöglicht, was aber zu einem höheren Aufwand führt. Alternatively, the synchronization signal is modulated onto the DC voltage-side connection of the inverters (l_1, l_2), ie in particular onto the intermediate circuit connection or intermediate circuit busbar. Since the upper potential of the DC voltage-side connection of the first inverter l_1 is preferably connected to the upper potential of the DC voltage-side connection of the second inverter l_2 by means of is connected to a busbar in order to enable the passage of a strong current, the synchronization signal is therefore modulated onto the current present in the busbar. The medium-frequency or high-frequency synchronization signal is coupled to the power rail in the first inverter l_1 via a capacitance; the signal is also decoupled in the second inverter l_2 via a capacitance. Alternatively, an inductive and therefore safe and potential-free coupling and decoupling would be possible, but this leads to a higher effort.
Zwischen dem Pulsweitenmodulationsverfahren des ersten Wechselrichters l_1 und des zweiten Wechselrichters l_2 ist also eine Invertierung der Polarität bewirkt. An inversion of the polarity is thus effected between the pulse width modulation method of the first inverter l_1 and the second inverter l_2.
Diese Invertierung der Polarität entspricht aber einem Zeitversatz um einen Bruchteil, insbesondere der Hälfte oder bei einem symmetrisierten Verfahren einem Vierteil, der Pulsweitenmodulationsperiode T. However, this inversion of the polarity corresponds to a time offset by a fraction, in particular half or, in the case of a symmetrical method, a quarter of the pulse width modulation period T.
Wie in Figur 2 dargestellt, wird weiteren Wechselrichtern ein jeweiliger Zeitversatz zugeordnet. As shown in FIG. 2, a respective time offset is assigned to further inverters.
Vorzugsweise werden also Paare der Wechselrichter gebildet, wobei die Pulsweitenmodulationsverfahren der Wechselrichter eines jeweiligen Paars zueinander unterschiedliche, insbesondere also invertierte, Polarität aufweisen. Jedes Paar und bei einer ungeraden Anzahl von Wechselrichtern der keinem Paar zugeordnete, übrige Wechselrichter bekommt einen jeweiligen Zeitversatz zugeordnet. Diese Zeitversätze gleichen einander nicht. Insbesondere unterscheiden die Zeitversätze sich auch nicht nur um die Hälfte oder ein Viertel der Pulsweitenmodulationsdauer, so dass der unterschiedliche Zeitversatz nicht einfach nur eine invertierte Polarität bedeutet. Pairs of the inverters are thus preferably formed, with the pulse width modulation methods of the inverters of a respective pair having different, ie in particular inverted, polarity from one another. Each pair and, in the case of an odd number of inverters, the remaining inverters that are not assigned to any pair are assigned a respective time offset. These time offsets are not equal to each other. In particular, the time offsets do not only differ by half or a quarter of the pulse width modulation duration, so that the different time offset does not simply mean an inverted polarity.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird die beschriebene Invertierung des Pulsweitenmodulationssignals beim zweiten Wechselrichter 2 nur so lange betrieben, solange der Betrag der Differenz der beiden Pulsweitenmodulationsverhältnisse kleiner als 50% beträgt. Bei Überschreitung dieser 50% wird die Invertierung aufgehoben und ein synchrones gleichgetaktetes Pulsweitenmodulationssignal verwendet. Alternativ ist als Kriterium auch der Quotient der beiden Pulsweitenmodulationsverhältnisse verwendbar. Wenn dieser Quotient den Betrag 1 überschreitet, wird die oben beschriebene Invertierung angewendet und ansonsten nicht. In further exemplary embodiments according to the invention, the described inversion of the pulse width modulation signal in the second inverter 2 is only operated as long as the absolute value of the difference between the two pulse width modulation ratios is less than 50%. If this 50% is exceeded, the inversion is canceled and a synchronous pulse width modulation signal is used. Alternatively, the quotient of the two pulse width modulation ratios can also be used as a criterion. If this quotient exceeds the amount 1, the inversion described above is applied and otherwise not.
Auf diese Weise ist auch bei sehr unterschiedlichen Arbeitspunkten der beiden Wechselrichter (l_1, l_2) eine Verringerung der Ausgleichsströme erreichbar. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der erste Wechselrichter l_1 eine hohe Phasenspannung, insbesondere also ein nahe am oberen Potential der Gleichspannung liegendes Potential, und der zweite Wechselrichter l_2 eine niedrige Phasenspannung, insbesondere also ein nahe am unteren Potential der Gleichspannung liegendes Potential, erzeugt. Ein Beispiel für eine hohe Phasenspannung ist 0,9 U_z und ein Beispiel für eine niedrige Phasenspannung ist 0,1 * U_z. In this way, the compensating currents can be reduced even if the operating points of the two inverters (l_1, l_2) are very different. This is the case, for example, when the first inverter l_1 generates a high phase voltage, i.e. in particular a potential close to the upper potential of the DC voltage, and the second inverter l_2 generates a low phase voltage, i.e. in particular a potential close to the lower potential of the DC voltage . An example of a high phase voltage is 0.9 U_z and an example of a low phase voltage is 0.1 * U_z.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel weist ein zweites Antriebssystem einen Datenbus auf, über welches ein als Master ausgeführtes Versorgungsmodul mit Wechselrichtern zum Datenaustausch verbunden sind. In a second exemplary embodiment, a second drive system has a data bus, via which a supply module designed as a master is connected to inverters for data exchange.
Das Versorgungsmodul weist einen netzgespeisten Gleichrichter auf, aus dessen gleichspannungsseitigen Anschluss die genannten Wechselrichter gespeist sind. Hierzu sind die gleichspannungsseitigen Anschlüsse der Wechselrichter parallel am gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters angeschlossen. The supply module has a mains-fed rectifier, from the connection on the DC voltage side of which the named inverters are fed. For this purpose, the DC-side connections of the inverters are connected in parallel to the DC-side connection of the rectifier.
Vorzugsweise ist der Gleichrichter rückspeisefähig ausgeführt, insbesondere also als AC/DC- Wandler, der bei überwiegend motorischer Leistung des Antriebssystems elektrische Leistung des Wechselspannungsversorgungsnetzes gleichrichtet und den Wechselrichtern am gleichspannungsseitigen Anschluss als Zwischenkreisspannung zur Verfügung stellt und bei überwiegend generatorischer Leistung des Antriebssystems elektrische Leistung vom gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters ins Wechselspannungsnetz rückspeist. Preferably, the rectifier is designed to be regenerative, in particular as an AC/DC converter, which rectifies electrical power from the AC voltage supply network when the power of the drive system is predominantly motor and makes it available to the inverters on the DC voltage-side connection as intermediate circuit voltage, and when the power of the drive system is predominantly regenerative, electrical power from the DC voltage side Connection of the rectifier feeds back into the AC voltage network.
Außerdem vergibt das als Master ausgeführte Versorgungsmodul bei Inbetriebnahme des Antriebssystems zunächst die Busadressen an die als Busteilnehmer ausgeführten, bezüglich des Datenbus seriell angeordneten Wechselrichter. In addition, when the drive system is started up, the supply module designed as a master first assigns the bus addresses to the inverters designed as bus users and arranged serially with respect to the data bus.
Hierzu vergibt der Master an den in der seriellen Anordnung vom Master aus gesehen ersten Wechselrichter eine erste Busadresse. Dies erfolgt dadurch, dass der Master ein Spannungssignal erzeugt, das dem ersten, also mit einer elektrischen Leitung direkt verbundenen Wechselrichter signalisiert, dass dieser die im nächsten, vom Master gesendeten Broadcasttelegramm enthaltene Busadresse als eigene Busadresse übernimmt. Danach erzeugt der erste Wechselrichter für den zweiten Wechselrichter ebenso ein Spannungssignal, so dass die im nächsten Broadcasttelegramm enthaltene Busadresse vom zweiten Wechselrichter übernommen wird. Dieses Verfahren zur Adressvergabe wird bis zum letzten als Busteilnehmer ausgeführte Wechselrichter fortgesetzt. For this purpose, the master assigns a first bus address to the first inverter in the serial arrangement, viewed from the master. This is done in that the master a Generates a voltage signal that signals to the first inverter, i.e. one that is directly connected to an electrical line, that it takes over the bus address contained in the next broadcast telegram sent by the master as its own bus address. The first inverter then also generates a voltage signal for the second inverter, so that the bus address contained in the next broadcast telegram is adopted by the second inverter. This procedure for address assignment is continued up to the last inverter designed as a bus participant.
Nach oder bei Abschluss der Adressvergabe sendet der Master einen vorgegebenen Zeitversatz, insbesondere eine vorgegebene Polarität, der Pulsweitenmodulation an einen jeweiligen Busteilnehmer. After or upon completion of the address assignment, the master sends a specified time offset, in particular a specified polarity, of the pulse width modulation to a respective bus user.
Der Master berechnet also voraus, welcher Wechselrichter welchen Zeitversatz bekommt und vergibt die Zeitversatze zentral. The master therefore calculates in advance which inverter gets which time offset and allocates the time offsets centrally.
In einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel nach der Adressvergabe an die Busteilnehmer vom jeweiligen Wechselrichter die Nennleistung ermittelt und davon abhängig dann der Zeitversatz vergeben, so dass die Leistungsentnahme im Laufe der Zeit möglichst wenig schwankt, also nach Möglichkeit über die Pulsweitenmodulationsperiode gleichverteilt ist. In another exemplary embodiment according to the invention, in contrast to the second exemplary embodiment, the nominal power is determined by the respective inverter after the address has been assigned to the bus subscribers and the time offset is then assigned depending on this, so that the power consumption fluctuates as little as possible over time, i.e. evenly distributed over the pulse width modulation period if possible is.
Der zweite Wechselrichter weist zwei wechselspannungsseitige Anschlüsse auf, so dass ein zweiter Elektromotor und ein dritter Elektromotor jeweils mit einer pulsweitenmodulierten Spannung versorgbar sind. Hierbei wird die gleiche Polarität und der gleiche Zeitversatz bei den beiden Pulsweitenmodulationen verwendet, da die beiden Pulsweitenmodulationen im gleichen Gerät, also innerhalb desselben Gehäuses ausgeführt werden. The second inverter has two connections on the AC voltage side, so that a second electric motor and a third electric motor can each be supplied with a pulse width modulated voltage. In this case, the same polarity and the same time offset are used for the two pulse width modulations, since the two pulse width modulations are carried out in the same device, ie within the same housing.
Wichtig ist bei dem Antriebssystem auch, dass zwischen dem vorzugsweise als Drehspannungsnetz ausgeführten Wechselspannungsversorgungsnetz und dem wechselspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters des Versorgungsmoduls ein Netzfilter angeordnet ist. Dieses Netzfilter weist drei Kapazitäten auf, die an ihrem ersten Anschluss miteinander elektrisch verbunden sind und an ihrem anderen Anschluss mit einer jeweiligen Phase des wechselspannungsseitigen Anschlusses des Gleichrichters des Versorgungsmoduls verbunden sind. Somit ist ein Sternpunkt am jeweiligen ersten Anschluss gebildet. Dieser Sternpunkt ist mit einem Schutzleiter und/oder mit elektrisch Erde galvanisch verbunden. It is also important in the drive system that a mains filter is arranged between the AC voltage supply network, which is preferably designed as a three-phase voltage network, and the AC voltage-side connection of the rectifier of the supply module. This mains filter has three capacitances which are electrically connected to one another at their first connection and are connected at their other connection to a respective phase of the AC voltage-side connection of the rectifier of the supply module. A star point is thus formed at the respective first connection. This star point is galvanically connected to a protective conductor and/or to electrical earth.
An dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters ist ein aus zwei in Reihe geschalteten Kapazitäten gebildeter Spannungsteiler gebildet, dessen Verbindungsknoten, insbesondere also, dass durch die Herabteilung der Zwischenkreisspannung entstandene Potential, mit dem Sternpunkt, insbesondere also auch mit dem Schutzleiter und/oder mit elektrisch Erde, galvanisch verbunden. A voltage divider formed from two series-connected capacitances is formed on the DC voltage-side connection of the rectifier, the connection node of which, in particular the potential created by the division of the intermediate circuit voltage, is connected to the star point, in particular also to the protective conductor and/or to electrical earth. galvanically connected.
Des Weiteren sind auch drei weitere Kapazitäten vorgesehen, die an ihrem ersten Anschluss miteinander elektrisch verbunden sind und an ihrem anderen Anschluss mit einer jeweiligen Motorphase verbunden sind. Somit ist auch an deren erstem Anschluss ein Sternpunkt gebildet, der mit dem vorgenannten Sternpunkt elektrisch verbunden ist. Furthermore, three further capacitances are also provided, which are electrically connected to one another at their first connection and are connected to a respective motor phase at their other connection. Thus, a star point is also formed at the first connection, which is electrically connected to the aforementioned star point.
Der Wechselrichter weist wiederum drei zueinander parallel aus der am gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters anliegenden Gleichspannung versorgte Halbbrücken auf, deren Verbindungsknoten, insbesondere alsoThe inverter in turn has three half-bridges supplied in parallel with one another from the DC voltage present at the connection of the inverter on the DC voltage side
Brückenabzweigung, mit den Motorphasenverbunden sind. Jede der Halbbrücken weist eine Reihenschaltung aus einem oberen und einem unteren steuerbaren Halbleiterschalter auf. Bridge tap to which motor phases are connected. Each of the half-bridges has a series circuit made up of an upper and a lower controllable semiconductor switch.
Bezugszeichenliste Reference List
SYNC Synchronisationssignal SYNC synchronization signal
CY_1 Kondensator, insbesondere Entstörkondensator CY_2 Kondensator, insbesondere Entstörkondensator CS_1 Kondensator, insbesondere Entstörkondensator CS_2 Kondensator, insbesondere Entstörkondensator CS_n Kondensator, insbesondere Entstörkondensator CM_1 Kondensator, insbesondere Entstörkondensator CM_2 Kondensator, insbesondere Entstörkondensator CM_n Kondensator, insbesondere Entstörkondensator l_1 Wechselrichter l_2 Wechselrichter l_n Wechselrichter CY_1 capacitor, in particular interference suppression capacitor CY_2 capacitor, in particular interference suppression capacitor CS_1 capacitor, in particular interference suppression capacitor CS_2 capacitor, in particular interference suppression capacitor CS_n capacitor, in particular interference suppression capacitor CM_1 capacitor, in particular interference suppression capacitor CM_2 capacitor, in particular interference suppression capacitor CM_n capacitor, in particular interference suppression capacitor l_1 inverter l_2 inverter l_n inverter
M Elektromotor, insbesondere Drehstrommotor AC Wechselspannungsquelle L_1 Induktivität eines Netzfilters DC_Link Zwischenkreisspannung M Electric motor, in particular three-phase motor AC Alternating voltage source L_1 Inductance of a mains filter DC_Link Intermediate circuit voltage
T_1 erster Zeitpunkt, insbesondere Phasenwert, in der Pulsweitenmodulationsperiode T_2 zweiter Zeitpunkt, insbesondere Phasenwert, in der Pulsweitenmodulationsperiode T_3 dritter Zeitpunkt, insbesondere Phasenwert, in der Pulsweitenmodulationsperiode T_1 first point in time, in particular phase value, in the pulse width modulation period T_2 second point in time, in particular phase value, in the pulse width modulation period T_3 third point in time, in particular phase value, in the pulse width modulation period

Claims

Patentansprüche: Patent Claims:
1. Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems, aufweisend mehrere, insbesondere mehr als zwei, Wechselrichter, insbesondere und einen Datenbus, wobei ein jeweiliger Elektromotor aus dem wechselspannungsseitigen Anschluss des jeweiligen Wechselrichters gespeist wird, wobei die gleichspannungsseitigen Anschlüsse der jeweiligen Wechselrichter zueinander parallelgeschaltet sind und diese Parallelschaltung mit dem gleichspannungsseitigen Anschluss eines Gleichrichters, insbesondere steuerbaren und/oder rückspeisefähigen Gleichrichters, insbesondere mittels Stromschienen, verbunden ist, wobei der jeweilige Wechselrichter jeweilige, gemäß einer jeweiligen Pulsweitenmodulation angesteuerte Halbleiterschalter aufweist, wobei die Wechselrichter als Busteilnehmer eines Datenbusses ausgeführt sind, an welchem auch ein als Master ausgeführtes Modul angeschlossen ist, insbesondere wobei das Modul den Gleichrichter umfasst, wobei in einem ersten Verfahrensschritt, insbesondere bei Initialisierung oder Inbetriebnahme des Antriebssystems, jedem Wechselrichter eine jeweilige Busadresse zugeteilt wird und danach in einem zweiten Verfahrensschritt jedem Wechselrichter ein auf ein Synchronisationssignal bezogener Zeitversatz der ersten Schaltflanke, also ein Startzeitpunkt t_i, seiner Pulsweitenmodulation, insbesondere seines Pulsweitenmodulationsverfahrens, vorgegeben wird. 1. A method for operating a drive system, having a plurality of, in particular more than two, inverters, in particular and a data bus, with a respective electric motor being fed from the AC voltage-side connection of the respective inverter, with the DC voltage-side connections of the respective inverters being connected in parallel with one another and this parallel connection is connected to the DC voltage-side connection of a rectifier, in particular a controllable and/or regenerative rectifier, in particular by means of busbars, with the respective inverter having respective semiconductor switches controlled according to a respective pulse width modulation, with the inverters being designed as bus subscribers of a data bus, to which a running as a master module is connected, in particular wherein the module includes the rectifier, wherein in a first step, in particular during initialization or commissioning of the drive system, each inverter is assigned a respective bus address and then, in a second method step, each inverter is given a time offset of the first switching edge related to a synchronization signal, i.e. a starting time t_i, of its pulse width modulation, in particular of its pulse width modulation method.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wechselrichter zueinander parallel geschaltete, aus der Gleichspannung gespeiste Halbbrücken aufweist, die jeweils als Reihenschaltung zumindest zweier steuerbarer Halbleiterschalter ausgeführt sind, wobei die Halbleiterschalter des jeweiligen Wechselrichters mit pulsweitenmodulierten Ansteuersignalen gemäß der Pulsweitenmodulation des Wechselrichters und ihrer Polarität angesteuert werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that each inverter has half-bridges connected in parallel and fed from the DC voltage, which are each designed as a series connection of at least two controllable semiconductor switches, the semiconductor switches of the respective inverter being supplied with pulse-width-modulated control signals according to the pulse-width modulation of the inverter and be controlled according to their polarity.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Startzeitpunkt t_1 , insbesondere also zu Beginn einer jeweiligen Pulsweitenmodulationsperiode des ersten Wechselrichters, der obere Schalter der ersten Halbbrücke des ersten Wechselrichters geöffnet ist und der untere Schalter dieser ersten Halbbrücke des ersten Wechselrichters geschlossen ist, insbesondere wobei der obere Schalter mit dem oberen Potential der am gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters anliegenden Spannung verbunden ist und wobei der untere Schalter mit dem unteren Potential der am gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters anliegenden Spannung verbunden ist. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that at the start time t_1, in particular at the beginning of a respective pulse width modulation period of the first inverter, the upper switch of the first half-bridge of the first inverter is open and the lower switch of this first half-bridge of the first inverter is closed , in particular the upper switch being connected to the upper potential of the voltage present at the DC voltage-side connection of the inverter and the lower switch being connected to the lower potential of the voltage present at the DC voltage-side connection of the inverter.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vom Master ausgehend, die Wechselrichter entlang des Datenbusses als Reihe angeordnet sind, wobei im ersten Verfahrensschritt vom Master ausgehend, insbesondere sukzessiv, jeder Wechselrichter seinem in der Reihe nachfolgenden Wechselrichter eine Busadresse zuteilt, bis ein Wechselrichter durch das Scheitern einer weiteren Zuteilung einer Busadresse sich als letzter in der Reihe erkennt und daraufhin von diesem letzten Wechselrichter eine Nachricht an den Master gesendet wird oder ein Spannungssignal an den Master über eine Signalleitung geleitet wird, insbesondere wobei alle Wechselrichter mit der Signalleitung elektrisch verbindbar sind. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that starting from the master, the inverters are arranged in a row along the data bus, wherein in the first method step starting from the master, in particular successively, each inverter allocates a bus address to its subsequent inverter in the series, until an inverter recognizes itself as the last in the series due to the failure of a further assignment of a bus address and then a message is sent to the master from this last inverter or a voltage signal is sent to the master via a signal line, in particular with all inverters with the signal line are electrically connectable.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Wechselrichter des Antriebssystems übermittelten Zeitversätze, insbesondere Startzeitpunkte, regelmäßig vom Synchronisationssignal beabstandet sind, insbesondere also über die Zeitdauer einer Pulsweitenmodulationsperiode gleichverteilt sind. 5. The method as claimed in one of the preceding claims, characterized in that the time offsets transmitted to the inverters of the drive system, in particular starting times, are regularly spaced from the synchronization signal, ie in particular are evenly distributed over the duration of a pulse width modulation period.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je zwei der Wechselrichter ein Paar bilden und dem jeweiligen Paar ein jeweiliger Zeitversatz zugeordnet wird, wobei die Polarität der Pulsweitenmodulation eines ersten Wechselrichters des Paares invertiert ist zur Polarität der Pulsweitenmodulation des anderen Wechselrichters des Paars, insbesondere wobei jedem Paar jeweils ein von den anderen Paaren zugeordneten Zeitversätzen unterschiedlicher Zeitversatz zugeordnet wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that two of the inverters form a pair and a respective time offset is assigned to the respective pair, the polarity of the pulse width modulation of a first inverter of the pair being inverted to the polarity of the pulse width modulation of the other inverter of the pairs, in particular each pair being assigned a different time offset from the other pairs assigned time offsets.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vom jeweiligen Wechselrichter l_i eine maximale Leistung P_i dem von diesem Wechselrichter l_i gespeisten Elektromotor M_i bereit stellbar ist, wobei, insbesondere innerhalb einer Pulsweitenmodulationsperiodendauer nach dem Synchronisationssignal, mit zunehmender Leistung P_i der zeitliche Abstand zwischen dem Startzeitpunkt t_i des jeweiligen Wechselrichters l_i und dem dazu zeitlich nächstbenachbarten Startzeitpunkt (t_i+1 und/oder t_i-1) eines anderen Wechselrichters (l_i+1 und/oder l_i-1) streng monoton ansteigt. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a maximum power P_i can be made available by the respective inverter l_i to the electric motor M_i fed by this inverter l_i, with the time interval increasing with power P_i, in particular within a pulse width modulation period after the synchronization signal increases strictly monotonously between the starting time t_i of the respective inverter l_i and the next starting time (t_i+1 and/or t_i-1) of another inverter (l_i+1 and/or l_i-1) which is next in time.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannung am gleichspannungsseitigen Anschluss eines netzgespeisten Gleichrichters, insbesondere AC/DC-Wandlers, zur Verfügung gestellt wird, insbesondere wobei der Gleichrichter, insbesondere an seinem wechselspannungsseitigen Anschluss, aus einem Wechselspannungsnetz insbesondere mit Drehspannung, versorgt wird, insbesondere wobei der gleichstromseitige Anschluss des Gleichrichters parallel geschaltet ist zum gleichspannungsseitigen Anschluss des ersten Wechselrichters und zum gleichspannungsseitigen Anschluss des zweiten Wechselrichters. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the DC voltage is made available at the DC voltage-side connection of a mains-fed rectifier, in particular AC/DC converter, in particular the rectifier, in particular at its AC voltage-side connection, from an AC voltage network, in particular with Three-phase voltage is supplied, in particular wherein the DC-side connection of the rectifier is connected in parallel to the DC-side connection of the first inverter and to the DC-side connection of the second inverter.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsweitenmodulationssignale des ersten Wechselrichters zu den Pulsweitenmodulationssignalen eines zweiten Wechselrichters asynchron verlaufen, insbesondere nicht synchronisiert sind, und/oder dass der Beginn der Pulsweitenmodulationsperioden des ersten und zweiten Wechselrichters asynchron erfolgt und/oder nicht zeitgleich erfolgt und/oder dass innerhalb einer jeden Pulsweitenmodulationsperiode die erste Schaltflanke eines Ansteuersignals für einen oberen Halbleiterschalter des ersten Wechselrichters invertiert ist und/oder invers erfolgt zur ersten Schaltflanke eines Ansteuersignals für einen oberen Halbleiterschalter des zweiten Wechselrichters, und/oder dass einer der steuerbaren Halbleiterschalter, also oberer Halbleiterschalter, einer jeweiligen Halbbrücke mit dem oberen Potential der Gleichspannung verbunden ist, und/oder dass einer der steuerbaren Halbleiterschalter, also unterer Halbleiterschalter, einer jeweiligen Halbbrücke mit dem unteren Potential der Gleichspannung verbunden ist, und/oder dass zu Beginn einer jeweiligen Pulsweitenmodulationsperiode der obere Schalter einer ersten Halbbrücke des ersten Wechselrichters geöffnet ist und der untere Schalter dieser ersten Halbbrücke des ersten Wechselrichters geschlossen ist und der obere Schalter einer zweiten Halbbrücke des zweiten Wechselrichters geschlossen ist und der untere Schalter dieser zweiten Halbbrücke des zweiten Wechselrichters geöffnet ist. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the pulse width modulation signals of the first inverter are asynchronous to the pulse width modulation signals of a second inverter, in particular are not synchronized, and/or that the start of the pulse width modulation periods of the first and second inverter is asynchronous and/or does not occur at the same time and/or that within each pulse width modulation period the first switching edge of a control signal for an upper semiconductor switch of the first inverter is inverted and/or occurs inversely to the first switching edge of a control signal for an upper semiconductor switch of the second inverter, and/or that one of the controllable Semiconductor switch, ie upper semiconductor switch, of a respective half-bridge is connected to the upper potential of the DC voltage, and/or that one of the controllable semiconductor switches, ie lower semiconductor Switch, a respective half-bridge is connected to the lower potential of the DC voltage, and / or that at the beginning of a respective pulse width modulation period the upper switch of a first half-bridge of the first inverter is open and the lower switch of this first half-bridge of the first inverter is closed and the upper switch of a second half-bridge of the second inverter is closed and the lower switch of this second half-bridge of the second inverter is open.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Synchronisationssignal, insbesondere das Synchronisationsimpulse aufweisende Synchronisationssignal, auf Stromschienen aufmoduliert wird, welche die gleichspannungsseitigen Anschlüsse der Wechselrichter miteinander und mit dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters verbinden, oder dass das Synchronisationssignal, insbesondere das Synchronisationsimpulse aufweisende Synchronisationssignal, vom Master als Broadcasttelegramm zeitlich wiederkehrend mittels des Datenbusses an alle Wechselrichter gesendet wird, insbesondere wobei abhängig vom Synchronisationssignal als Zeitbasis um den jeweiligen Zeitversatz verzögert die Startzeitpunkte t_i der Pulsweitenmodulation der jeweiligen Wechselrichter l_i festgelegt werden. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the synchronization signal, in particular the synchronization signal having synchronization pulses, is modulated onto busbars which connect the DC voltage-side connections of the inverters to one another and to the DC voltage-side connection of the rectifier, or that the synchronization signal, in particular the Synchronization signal having synchronization pulses, is sent by the master as a broadcast telegram recurring in time to all inverters by means of the data bus.
11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarität der Pulsweitenmodulation eines ersten der Wechselrichter sich von der Polarität der Pulsweitenmodulation eines zweiten der Wechselrichter unterscheidet, insbesondere so, dass die Pulsweitenmodulation der Ansteuersignale für die steuerbaren Halbleiterschalter des ersten der Wechselrichter gegensynchron getaktet zur Pulsweitenmodulation der Ansteuersignale für die steuerbaren Halbleiterschalter des zweiten der Wechselrichter ausgeführt wird. 11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the polarity of the pulse width modulation of a first of the inverters differs from the polarity of the pulse width modulation of a second of the inverters, in particular in such a way that the pulse width modulation of the drive signals for the controllable semiconductor switches of the first of the inverters is counter-synchronous clocked for pulse width modulation of the drive signals for the controllable semiconductor switches of the second inverter is performed.
12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters, am wechselspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters, an einem mit dem wechselspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters angeschlossenen Netzfilter und/oder am Elektromotor Y-Kondensatoren angeordnet sind. 12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that Y-capacitors are arranged on the DC voltage-side connection of the rectifier, on the AC voltage-side connection of the rectifier, on a mains filter connected to the AC voltage-side connection of the rectifier and/or on the electric motor.
13. Antriebssystem zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichspannungsseitigen Anschlüsse der Wechselrichter parallelgeschaltet sind und aus einem gleichspannungsseitigen Anschluss eines Gleichrichters versorgbar sind, insbesondere wobei der gleichspannungsseitige Anschluss des Gleichrichters parallel geschaltet ist zu den gleichspannungsseitigen Anschlüssen der Wechselrichter. 13. Drive system for carrying out a method according to one of the preceding claims, characterized in that the DC voltage-side connections of the inverters are connected in parallel and can be supplied from a DC voltage-side connection of a rectifier, in particular the DC voltage-side connection of the rectifier being connected in parallel to the DC voltage-side connections of the inverters .
14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wechselspannungsseitige Anschluss des Gleichrichters über ein Netzfilter aus einem Wechselspannungsversorgungsnetz versorgt ist. 14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the AC voltage side connection of the rectifier is supplied via a line filter from an AC voltage supply network.
15. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters, am wechselspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters, an einem mit dem wechselspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters angeschlossenen Netzfilter und/oder am Elektromotor Y-Kondensatoren angeordnet sind. 15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that Y capacitors are arranged on the DC voltage side connection of the rectifier, on the AC voltage side connection of the rectifier, on a mains filter connected to the AC voltage side connection of the rectifier and/or on the electric motor.
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