WO2024017439A1 - Rectifier module - Google Patents

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WO2024017439A1
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rectifier
voltage
rectifier module
mains
inverter
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PCT/DE2023/100534
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Patrick WIEGER
Markus RAMSAIER
Andreas Reichenbach
Sebastian RIEDER
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Dürr Systems Ag
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Definitions

  • the present invention relates to a rectifier module for converting a three-phase mains input voltage into a current and voltage-controlled DC voltage.
  • a rectifier module or switching power supply based on a bipolar transistor with an insulated gate electrode can generate a direct voltage for electrocoating in paint shops.
  • the internal clock frequency of an IGBT is approx. 20 kHz and in a 19" housing with a height of
  • the present invention is based on the object of providing a rectifier module which has reduced network feedback, an increased power factor and minimal power loss.
  • the rectifier module is used to convert a three-phase mains input voltage into a current and voltage-controlled DC output voltage.
  • the rectifier module preferably comprises the following: a regulated mains rectifier for generating a direct voltage, in particular a constant intermediate circuit voltage, from the three-phase mains input voltage; an inverter for converting the direct voltage into a pulse width modulated alternating voltage; a high-frequency transformer (HF transformer) for transmitting the pulse width modulated alternating voltage; a rectifier for converting the pulse width modulated AC voltage into a DC output voltage; a control device; and a cooling device for providing a cooling medium flow, wherein the regulated mains rectifier is connected on the input side to a mains connection and on the output side to the inverter, the inverter being connected on the input side to the regulated mains rectifier and on the output side to the high-frequency transformer, the high-frequency transformer being connected to the inverter on the input side and to the output side is connected to the rectifier, the rectifier being connected on the input side to the high-frequency transformer and being connectable on the output side to an electrode, in particular an anode.
  • the rectifier module has a compact size with the lowest possible weight, that an installation altitude of up to 2500 hm is possible, that the module is no-load and short-circuit proof, that the residual ripple is low and that a wide-range mains voltage can be applied. Furthermore, an output power of 32 kW can be achieved at a maximum voltage of 450 V and a maximum current of 120 A.
  • the module is also preferably controlled by both current and voltage with a high level of control accuracy. There is also the option of Underwriters Laboratories certification (UL certification).
  • the present invention is based on the basic idea that, in particular to achieve high efficiency of a rectifier module, which is preferably used in the electrocoating of workpieces in a painting system, the technology of the Active Front End (AFE) is used for network rectification.
  • AFE Active Front End
  • This technology which is also known as “Three-Phase Six-Switch Boost Power Factor Correction"
  • Boost Power Factor Correction
  • the arrangement of the components of the rectifier module described below and a Effective cooling of selected components ensures that losses and disruptions are reduced.
  • connection means both a direct and an indirect electrical connection.
  • in the case of an indirect connection it can be provided that further elements are arranged between two interconnected or connectable elements.
  • the rectifier module is connected to the source for the three-phase mains input voltage via the mains connection.
  • the mains voltage or the mains input voltage is preferably in the range of 380 V to 460 V at a mains frequency of 50 Hz to 60 Hz.
  • the mains current is preferably 50 A at 400 V mains voltage.
  • the electrode When used in the electrocoating of workpieces, in particular vehicle bodies, the electrode forms the anode and the respective workpiece forms the associated cathode.
  • the regulated grid rectifier and the inverter can be designed as a common component or as individual components.
  • the regulated mains rectifier preferably converts the mains input voltage, which is a three-phase alternating voltage, into a direct voltage or an intermediate circuit voltage U z .
  • the inverter preferably converts the intermediate circuit voltage U z into a pulse width modulated alternating voltage (PWM alternating voltage).
  • PWM alternating voltage which was generated from the intermediate circuit voltage U z , is transferred from the primary circuit to the secondary circuit with the corresponding transformation ratio via the HF transformer.
  • the HF transformer provides galvanic isolation between the primary circuit, which is present on the input side of the HF transformer, and the secondary circuit, which is consequently present on the output side of the HF transformer.
  • the HF transformer electrically isolates the source of the mains input voltage from the electrode.
  • the rectifier which is in particular an output rectifier, ensures a rectification of the PWM alternating voltage, in particular by means of a bridge rectification, this output rectification being carried out using Schottky diodes based on silicon carbide (SiC).
  • the control device is preferably a central control card or control board with a CANopen interface, such as a VSQ card, and includes a digital signal processor (DSP) or is designed as such.
  • DSP digital signal processor
  • the digital signal processor is preferably a microprocessor.
  • the regulated mains rectifier is an AFE or is designed as an AFE.
  • An AFE is basically a circuit that is used to generate a direct voltage from a three-phase alternating voltage.
  • variable setting of the current flow direction, the power factor and the intermediate circuit voltage U z is carried out by vector control of the switching transistors.
  • the basic principle of this connection is a step-up converter or boost converter (as a combination of the AFE chokes and the downstream transistors), which means that the intermediate circuit voltage U z must always be higher than the maximum peak value for a wide-range input.
  • AFE technology makes it possible to keep the internal DC link voltage constant, which in conventional rectifier modules fluctuates depending on the respective mains voltage and its tolerances. This means that the corresponding HF transformer and the network wiring can be dimensioned with fewer reserves, which leads to lower losses in the HF transformer and to a higher packing density and the associated smaller dimensions of the rectifier module.
  • the constant intermediate circuit voltage U z is then converted into a pulse width modulated (PWM) alternating voltage via the inverter.
  • PWM pulse width modulated
  • the cooling device is a fan for providing a cooling air flow and that the fan flows towards the high-frequency transformer and/or the rectifier for air cooling.
  • a cooling air flow flows on or around the HF transformer and/or the rectifier, whereby effective cooling is achieved. Cooling one or both components reduces heat-related losses and interference and consequently increases the efficiency of the rectifier module.
  • the fan preferably also causes thermal energy, which is generated, for example, on the regulated mains rectifier and/or the inverter and is preferably transferred into the cooling air flow by means of one or more heat sinks, to be conveyed out of the rectifier module by this cooling air flow via the back of the housing,
  • the HF transformer and/or the rectifier can be exposed to direct flow for cooling.
  • these components are mounted on a heat sink, which essentially receives air flow and promotes the appropriate cooling.
  • the HF transformer is shielded at least from the regulated mains rectifier, the inverter and the control device.
  • Shielding the HF transformer from the aforementioned elements prevents a reduction in the efficiency of the rectifier module due to electromagnetic interference.
  • the line or connection length between the inverter and the input-side or primary-side connection of the HF transformer is as short as possible, which in particular avoids or at least reduces losses and interference.
  • the rectifier module comprises an input filter device, which can be connected to the mains connection on the input side and is connected to the regulated mains rectifier on the output side and which is set up in such a way that it transmits current and/or voltage measured values of the three-phase mains input voltage to the control device.
  • the input filter device is designed as or comprises an LCL filter, through which, on the one hand, high-frequency interference signals from the switching transistors of the regulated mains rectifier and/or the inverter are filtered so that they do not reach the supply network or reach the input network line.
  • the input filter device prevents high-frequency signals from the AC distribution network, ie the supply network, from penetrating the rectifier module as interference.
  • the rectifier module comprises an output filter device, which is connected to the rectifier on the input side and can be connected to the electrode on the output side and which is set up in such a way that it transmits current and/or voltage measured values of the output direct voltage to the control device.
  • the electrode can be connected via the DC voltage output of the rectifier module, to which the output filter device is connected on the output side and which in particular has four plus lines and one minus line.
  • the output filter device can preferably be used to suppress or at least filter or smooth the internal switching frequency of the AFE and/or the inverter.
  • a blocking diode or blocking diode is arranged between the output side of the rectifier and the input side of the output filter device in the negative line of the output circuit or the secondary circuit or is connected to them in order to suppress countercurrents in cathodic dip painting systems due to the large number of rectifier modules connected in parallel.
  • the output filter device preferably comprises an output measurement card, each with a shunt per positive line of the output circuit, from which the corresponding measured values are tapped. It can be advantageous if the rectifier module has a data interface by means of which data can be exchanged between the control device of the rectifier module and an external network.
  • the data interface includes a Profinet/CANopen gateway or is designed as a Profinet/CANopen gateway.
  • the data interface includes an Ethernet-IP interface or is designed as such.
  • a gateway can be an interface and vice versa.
  • Ethernet-IP/CANopen interface can be referred to as an Ethernet-IP interface for short.
  • the data interface enables, among other things, external control of the rectifier module and at the same time serves to monitor it, for example to protect it from overloads, whereby overloads can occur if, due to special events, the rectifier module is expected to operate outside the permissible limit values.
  • Profinet/CANopen gateway information about the rectifier module can also be made available to the higher-level controller.
  • the Profinet/CANopen gateway is in particular responsible for a conversion between the Profinet real-time interface of the data interface and the internal CANopen communication or the corresponding protocol of the rectifier module or its control device.
  • the rectifier module is also prepared for use in Industry 4.0. It is also conceivable that the control device controls and/or regulates the regulated grid rectifier and/or the inverter and/or the cooling device, in particular by means of pulse width modulation.
  • control device is designed to monitor the temperature at one or more points of the rectifier module, in particular the temperature of the cooling device, the regulated grid rectifier, the inverter and the high-frequency transformer.
  • control device and/or the data interface are connected to a direct current supply connection.
  • the regulated grid rectifier and/or the inverter comprise one or more metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOSFET) based on SiC.
  • MOSFET metal-oxide-semiconductor field effect transistors
  • the switching frequency of the regulated mains rectifier and/or the inverter is at least 40 kHz.
  • the rectifier module comprises an internal supply unit for generating and providing an internal auxiliary voltage for the control device, which is connected on the input side to the mains connection and on the output side is connected to the control device.
  • the internal supply unit On the input side, the internal supply unit is preferably connected to the mains connection via the input filter device. The input filter device accordingly feeds the mains voltage into the internal supply unit.
  • the efficiency of the rectifier module is up to 97% and/or in the range from 20% to 100% output power the power factor of the rectifier module is 0.99 to 1.0.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a rectifier module according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic top view of the front of the rectifier module according to the invention from Fig. 1;
  • Fig. 3 is a schematic circuit diagram of the components of the rectifier module according to the invention from Fig. 1.
  • An embodiment of a rectifier module, designated as a whole by 100, shown in FIG. 1 is used to convert a three-phase mains input voltage into a current- and voltage-controlled direct voltage.
  • the rectifier module 100 includes a housing 102 in which the other components are accommodated, the housing 102 preferably having a width of 445 mm, a height of 177 mm and a depth of 540.
  • the rectifier module 100 preferably weighs a maximum of 27 kg in total.
  • the housing 102 is divided into a first subarea 106 and a second subarea 108 by a shield 104.
  • a front side 109 of the housing which is shown in more detail in FIG. 2, points downward in FIG. 1.
  • the shield 104 preferably comprises at least one heat sink, via which thermal energy can be transferred from one partial area to the other, in particular from the first partial area 106 to the second partial area 108.
  • the rectifier module 100 further includes an input filter device 110, an active front-end converter (AFE converter) 111, a control device 114, an internal supply unit 116 and a data interface 118, these components being arranged in the first portion 106 of the housing 102 .
  • AFE converter active front-end converter
  • the AFE converter 111 in Fig. 1 is shown as a component in which a regulated mains rectifier 112 designed as an AFE and an inverter 113 are combined, whereas the illustration in Fig. 3 shows both components functionally separated.
  • the AFE inverter 111 includes one or more metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOSFET) based on silicon carbide (SiC). These SiC MOSFETs are preferably arranged on or installed on the at least one heat sink of the shield 104 so that the thermal energy, which is generated during operation of the rectifier module 100 on the AFE converter 111, is transferred from the first subregion 106 to the second subregion 108 becomes.
  • MOSFET metal-oxide-semiconductor field effect transistors
  • the data interface 118 is designed as a Profinet/CANopen gateway 120 or includes a Profinet/CANopen gateway 120.
  • the control device 114 is designed as a VSQ card 122 or includes a VSQ card 122.
  • a high-frequency transformer (HF transformer) 124 In the second portion 108 of the housing 102, a high-frequency transformer (HF transformer) 124, one or more AFE chokes 125, a rectifier 126, an output filter device 128, a blocking diode 130 and an output measurement card 132 are further arranged, the HF transformer 124 can be separated from the remaining components of the second portion 108 by an enclosure 134.
  • HF transformer high-frequency transformer
  • a cooling device 136 is also arranged on the second portion 108, which is in particular a fan 138, which generates a cooling air flow 140 and provides it within the housing 102 or conveys it into the housing 102.
  • the cooling air flow 140 essentially flows around the HF transformer 124 and the rectifier 126 for air cooling or flows towards them.
  • the housing 134 does not extend over the entire height of the housing 102, at least on the side that is opposite the front side 109 of the housing 102, so that the cooling air flow can also flow around or against the rectifier 126.
  • connection is understood to mean an electrically conductive connection through which an electrical current flows or by means of which a voltage can be applied, a connection comprising one or more conductors or lines.
  • the rectifier module 100 is connected to the source for the three-phase mains input voltage via a mains connection 142.
  • the power connection 142 which is arranged on the front 109 of the housing 102, is connected to the input filter device 110 via a connection 144, so that the HF components of the input voltage can initially be reduced in order to meet the requirements for permissible interference.
  • the input filter device 110 prevents HF signals generated in the rectifier module 100 from reaching the input line and from HF components of the mains input voltage reaching the circuits of the rectifier module 100 as interference.
  • the internal supply unit 116 is fed from the input filter device 110 via a connection 146, which in turn supplies the control device 114 with an internal auxiliary voltage via a connection 148.
  • the AFE converter 111 is supplied with the filtered mains input voltage from the input filter device 110 via a connection 150.
  • the input filter device 110 provides the control device 114 with current measurement values via a connection 152 and voltage measurement values via a connection 154.
  • a direct current supply connection 156 which is also arranged on the front side 109 of the housing 102, supplies the control device 114 via a connection 155 and the data interface 118 via a connection 157 with a direct voltage.
  • the data interface 118 also has a connection 158, which is also arranged on the front 109 of the housing 102 and via which the data interface 118 can be connected, for example, to a Profinet network for data exchange.
  • the AFE converter 111 is connected via a connection 160 to the HF transformer 124, which in turn is connected to the rectifier 126 via a connection 162.
  • a blocking diode 130 is arranged or interposed in a negative line 166, which suppresses a negative countercurrent through the rectifier diodes in the event of an externally occurring countervoltage.
  • the output filter device 128 is further connected to an output measurement card 132, which has four shunts, via a connection 168 and also via a connection 170 to a DC voltage output 172, which has four plus lines and one negative line and on which one or more electrodes, in particular one or more Anodes are connected.
  • the DC voltage output 172 is also arranged on the front 109 of the housing 102.
  • the output measurement card 132 provides current measurement values via a connection 174 and voltage values via a connection 176 to the control device or transmits these via the connections 174, 176.
  • a cooling device connection 178 is also arranged on the front side 109 of the housing 102, which supplies the cooling device 136 with power via a connection 180.
  • Temperature measurements from one or more measuring points in the rectifier module 100 are also transmitted or forwarded to the control device 114 via one or more connections 182.
  • the measuring points are preferably located, among other things, on the AFE converter 111, on the HF transformer 124 and on the cooling device 136.
  • the control device 114 controls and/or regulates the AFE converter 111 using PWM signals via a control and/or regulating connection 184 and the cooling device 136 via a control and/or regulating connection 186.
  • data is exchanged via a CAN bus 188 between the control device 114 and the data interface 118.
  • a status LED 190 is arranged on the front side 109 of the housing 102, which is preferably controlled by the control device 114 and visually informs users about the status or the operating state of the rectifier module 100, in particular Different luminous colors enable the different operating states to be distinguished.
  • the three-phase mains input voltage is fed into the rectifier module 100 via the mains connection 142, i.e. a three-phase three-phase or alternating current is applied to the mains connection 142.
  • the filtered mains input voltage is then actively rectified with a sinusoidal mains current consumption, whereby a constant intermediate circuit voltage is provided.
  • the intermediate circuit voltage is then converted in the inverter 113, which is connected on the input side to the regulated mains rectifier 112 and on the output side to the HF transformer 124, into a PWM alternating voltage, which is then in the HF transformer 124, which is connected on the input side to the inverter 113 and on the output side to the Rectifier 126 is connected, according to the selected transmission ratio from the primary circuit, which is on the input side of the HF Transformer 124 is present, is transferred to the secondary circuit, ie the output circuit.
  • the HF transformer electrically isolates the source of the mains input voltage from the electrode.
  • the transmitted PWM alternating voltage is further rectified in the rectifier 126, which is connected on the input side to the HF transformer 124 and on the output side to the output filter device 128, so that after filtering or smoothing in the output filter device 128, which is connected on the input side to the rectifier 126 and is connected on the output side to the DC voltage output 172, a DC voltage can be tapped at the DC voltage output 172.
  • control device 114 can also be supplied via a connection 192 with measured values in relation to the intermediate circuit voltage, which are derived or tapped on the output side of the regulated mains rectifier 112.
  • current measurement values of the PWM alternating voltage in the primary circuit can be tapped via a connection 194 on the output side of the inverter 113 or on the input side of the HF transformer 124 and provided to the control device 114.

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Abstract

The present invention relates to a rectifier module (100) for converting a three-phase mains input voltage into a current-regulated and voltage-regulated output DC voltage, the rectifier module (100) comprising the following: - a regulated mains rectifier (112) for generating a DC voltage, in particular a constant intermediate circuit voltage, from the three-phase mains input voltage; - an inverter (113) for converting the DC voltage into a pulse-width-modulated AC voltage; - a high-frequency transformer (124) for transmitting the pulse-width-modulated AC voltage; - a rectifier (126) for converting the pulse-width-modulated AC voltage into an output DC voltage; - a control device (114); and - a cooling device (136) for providing a cooling media flow, the regulated mains rectifier (112) being connected on the input side to a mains connection (142) and on the output side to the inverter (113), the inverter (113) being connected on the input side to the regulated mains rectifier (112) and on the output side to the high-frequency transformer (124), the high-frequency transformer (124) being connected on the input side to the inverter (113) and on the output side to the rectifier (126), and the rectifier (126) being connected on the input side to the high-frequency transformer (124) and being connectable on the output side to an electrode, in particular an anode.

Description

Gleichrichtermodul Rectifier module
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleichrichtermodul zur Umwandlung einer dreiphasigen Netzeingangsspannung in eine ström- und spannungsgeregelte Gleichspannung. The present invention relates to a rectifier module for converting a three-phase mains input voltage into a current and voltage-controlled DC voltage.
In der Praxis ist bekannt, dass ein Gleichrichtermodul bzw. Schaltnetzteil, welches auf einem Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) basiert, eine Gleichspannung für die Elektrotauchlackierung in Lackieranlagen erzeugen kann. Die interne Taktfrequenz eines IGBT beträgt ca. 20 kHz und in einem 19“-Gehäuse mit einer Höhe von In practice, it is known that a rectifier module or switching power supply based on a bipolar transistor with an insulated gate electrode (IGBT) can generate a direct voltage for electrocoating in paint shops. The internal clock frequency of an IGBT is approx. 20 kHz and in a 19" housing with a height of
6 Höheneinheiten (HE) kann ein Strom von maximal 100 A und eine Spannung von bis zu 450 V DC erzeugt werden. Die Restwelligkeit der Ausgangsgleichspannung ist dabei kleiner als 1 %. Allerdings kommt es aufgrund der nicht-linearen Stromaufnahme zu erheblichen Oberwellenströmen und damit verbundenen Verzerrungen der Wechselstrom- Eingangsspannung. Außerdem liegt der Wirkungsgrad derartiger Schaltnetzteile lediglich im Bereich von 90 %, da Verluste durch Wärmeentwicklung entstehen. 6 height units (HU) can generate a maximum current of 100 A and a voltage of up to 450 V DC. The residual ripple of the output DC voltage is less than 1%. However, due to the non-linear current consumption, there are significant harmonic currents and associated distortions in the AC input voltage. In addition, the efficiency of such switching power supplies is only in the range of 90%, as losses occur due to heat generation.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleichrichtermodul bereitzustellen, welches eine reduzierte Netzrückwirkung, einen erhöhten Leistungsfaktor und eine minimale Verlustleistung aufweist. The present invention is based on the object of providing a rectifier module which has reduced network feedback, an increased power factor and minimal power loss.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gleichrichtermodul mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. This object is achieved according to the invention by a rectifier module with the features according to claim 1.
Das Gleichrichtermodul dient zur Umwandlung einer dreiphasigen Netzeingangsspannung in eine ström- und spannungsgeregelte Ausgangsgleichspannung. The rectifier module is used to convert a three-phase mains input voltage into a current and voltage-controlled DC output voltage.
Das Gleichrichtermodul umfasst vorzugsweise Folgendes: einen geregelten Netzgleichrichter zur Erzeugung einer Gleichspannung, insbesondere einer konstanten Zwischenkreisspannung, aus der dreiphasigen Netzeingangsspannung; einen Wechselrichter zur Umwandlung der Gleichspannung in eine pulsweitenmodulierte Wechselspannung; einen Hochfrequenztransformator (HF-Transformator) zur Übertragung der pulsweitenmodulierten Wechselspannung; einen Gleichrichter zur Umwandlung der pulsweitenmodulierten Wechselspannung in eine Ausgangsgleichspannung; eine Steuerungsvorrichtung; und eine Kühlvorrichtung zur Bereitstellung eines Kühlmedienstromes, wobei der geregelte Netzgleichrichter eingangsseitig mit einem Netzanschluss und ausgangsseitig mit dem Wechselrichter verbunden ist, wobei der Wechselrichter eingangsseitig mit dem geregelten Netzgleichrichter und ausgangsseitig mit dem Hochfrequenztransformator verbunden ist, wobei der Hochfrequenztransformator eingangsseitig mit dem Wechselrichter und ausgangsseitig mit dem Gleichrichter verbunden ist, wobei der Gleichrichter eingangsseitig mit dem Hochfrequenztransformator verbunden und ausgangsseitig mit einer Elektrode, insbesondere einer Anode, verbindbar ist. The rectifier module preferably comprises the following: a regulated mains rectifier for generating a direct voltage, in particular a constant intermediate circuit voltage, from the three-phase mains input voltage; an inverter for converting the direct voltage into a pulse width modulated alternating voltage; a high-frequency transformer (HF transformer) for transmitting the pulse width modulated alternating voltage; a rectifier for converting the pulse width modulated AC voltage into a DC output voltage; a control device; and a cooling device for providing a cooling medium flow, wherein the regulated mains rectifier is connected on the input side to a mains connection and on the output side to the inverter, the inverter being connected on the input side to the regulated mains rectifier and on the output side to the high-frequency transformer, the high-frequency transformer being connected to the inverter on the input side and to the output side is connected to the rectifier, the rectifier being connected on the input side to the high-frequency transformer and being connectable on the output side to an electrode, in particular an anode.
Hierbei wird insbesondere vorausgesetzt, dass das Gleichrichtermodul eine kompakte Größe bei möglichst geringem Gewicht aufweist, dass eine Aufstellhöhe von bis zu 2500 hm möglich ist, dass das Modul leerlauf- und kurzschlussfest ist, dass die Restwelligkeit gering ist und dass eine Weitbereichsnetzspannung angelegt werden kann. Ferner kann eine Ausgangsleistung von 32 kW bei einer maximalen Spannung von 450 V und einer maximalen Stromstärke von 120 A erreicht werden. Das Modul ist ferner vorzugsweise bei einer hohen Regelgenauigkeit sowohl ström- als auch spannungsgeregelt. Zudem besteht die Möglichkeit einer Underwriters-Laboratories- Zertifizierung (UL-Zertifizierung). In particular, it is assumed that the rectifier module has a compact size with the lowest possible weight, that an installation altitude of up to 2500 hm is possible, that the module is no-load and short-circuit proof, that the residual ripple is low and that a wide-range mains voltage can be applied. Furthermore, an output power of 32 kW can be achieved at a maximum voltage of 450 V and a maximum current of 120 A. The module is also preferably controlled by both current and voltage with a high level of control accuracy. There is also the option of Underwriters Laboratories certification (UL certification).
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Grundidee, dass insbesondere zur Erreichung eines hohen Wirkungsgrades eines Gleichrichtermoduls, welches vorzugsweise bei der Elektrotauchlackierung von Werkstücken in einer Lackieranlage zur Anwendung kommt, die Technologie des Active Front End (AFE) zur Netzgleichrichtung verwendet wird. Diese Technologie, welche auch unter dem Namen "Three-Phase Six-Switch Boost Power Factor Correction" bekannt ist, ermöglicht einen gesteigerten Wirkungsgrad und die Reduzierung der Netzrückwirkungen bei ähnlichen Kosten gegenüber vergleichbaren Umsetzungen des Standes der Technik. Außerdem wird durch die weiter unten beschriebene Anordnung der Komponenten des Gleichrichtermoduls sowie durch eine effektive Kühlung ausgewählter Komponenten gewährleistet, dass Verluste und Störungen reduziert werden. The present invention is based on the basic idea that, in particular to achieve high efficiency of a rectifier module, which is preferably used in the electrocoating of workpieces in a painting system, the technology of the Active Front End (AFE) is used for network rectification. This technology, which is also known as "Three-Phase Six-Switch Boost Power Factor Correction", enables increased efficiency and the reduction of network interference at similar costs compared to comparable implementations of the state of the art. In addition, the arrangement of the components of the rectifier module described below and a Effective cooling of selected components ensures that losses and disruptions are reduced.
Unter dem Begriff "Strom" ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ein elektrischer Strom zu verstehen. The term “current” in this description and the appended claims means an electric current.
Unter den Begriffen "verbindbar" und "verbunden" ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen sowohl eine unmittelbare als auch eine mittelbare elektrische Verbindung zu verstehen. Es kann bei einer mittelbaren Verbindung vorgesehen sein, dass zwischen zwei miteinander verbundenen oder verbindbaren Elementen weitere Elemente angeordnet sind. The terms “connectable” and “connected” in this description and the appended claims mean both a direct and an indirect electrical connection. In the case of an indirect connection, it can be provided that further elements are arranged between two interconnected or connectable elements.
In dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe "Komponente", "Element" und "Bauteil" synonym verwendet, sofern nicht anders angegeben. In this specification and the appended claims, the terms "component", "element" and "member" are used interchangeably unless otherwise specified.
Über den Netzanschluss ist das Gleichrichtermodul mit der Quelle für die dreiphasige Netzeingangsspannung verbunden. Die Netzspannung bzw. die Netzeingangsspannung liegt vorzugsweise im Bereich von 380 V bis 460 V bei Netzfrequenz von 50 Hz bis 60 Hz. Die Netzstromstärke beträgt vorzugsweise 50 A bei 400 V Netzspannung. The rectifier module is connected to the source for the three-phase mains input voltage via the mains connection. The mains voltage or the mains input voltage is preferably in the range of 380 V to 460 V at a mains frequency of 50 Hz to 60 Hz. The mains current is preferably 50 A at 400 V mains voltage.
Bei einer Verwendung in der Elektrotauchlackierung von Werkstücken, insbesondere von Fahrzeugkarosserien, bildet die Elektrode die Anode und das jeweilige Werkstück die zugehörige Kathode. When used in the electrocoating of workpieces, in particular vehicle bodies, the electrode forms the anode and the respective workpiece forms the associated cathode.
Der geregelte Netzgleichrichter und der Wechselrichter können als gemeinsames Bauteil oder als einzelne Bauteile ausgebildet sein. The regulated grid rectifier and the inverter can be designed as a common component or as individual components.
Der geregelte Netzgleichrichter wandelt vorzugsweise die Netzeingangsspannung, welche eine dreiphasige Wechselspannung ist, in eine Gleichspannung bzw. eine Zwischenkreisspannung Uz um. The regulated mains rectifier preferably converts the mains input voltage, which is a three-phase alternating voltage, into a direct voltage or an intermediate circuit voltage U z .
Der Wechselrichter wandelt vorzugsweise die Zwischenkreisspannung Uz in eine pulsweitenmodulierte Wechselspannung (PWM-Wechselspannung) um. Über den HF-Transformator wird die PWM-Wechselspannung, die aus der Zwischenkreisspannung Uz erzeugt wurde, mit dem entsprechenden Übersetzungsverhältnis vom Primärkreis auf den Sekundärkreis übertragen. The inverter preferably converts the intermediate circuit voltage U z into a pulse width modulated alternating voltage (PWM alternating voltage). The PWM alternating voltage, which was generated from the intermediate circuit voltage U z , is transferred from the primary circuit to the secondary circuit with the corresponding transformation ratio via the HF transformer.
Um die HF-Transformatoren möglichst kompakt und verlustarm zu bauen, werden spezielle Ferritkernen und/oder spezielle Hochfrequenzlitzen verwendet, wobei die höhere Güte der Litzen im Hochfrequenzbereich auf der Vergrößerung des effektiv am Stromfluss beteiligten Querschnitts beruht. In order to make the HF transformers as compact and low-loss as possible, special ferrite cores and/or special high-frequency strands are used, with the higher quality of the strands in the high-frequency range being based on the increase in the cross-section effectively involved in the current flow.
Gleichzeitig erfolgt über den HF-Transformator die galvanische Trennung zwischen dem Primärkreis, welcher auf der Eingangsseite des HF-Transformators anliegt und dem Sekundärkreis, welcher konsequenterweise auf der Ausgangsseite des HF- Transformators anliegt. Mit anderen Worten trennt der HF-Transformator die Quelle der Netzeingangsspannung galvanisch von der Elektrode. At the same time, the HF transformer provides galvanic isolation between the primary circuit, which is present on the input side of the HF transformer, and the secondary circuit, which is consequently present on the output side of the HF transformer. In other words, the HF transformer electrically isolates the source of the mains input voltage from the electrode.
Der Gleichrichter, welcher insbesondere ein Ausgangsgleichrichter ist, sorgt für eine Gleichrichtung der PWM-Wechselspannung, insbesondere durch eine Brückengleichrichtung, wobei diese Ausgangsgleichrichtung mittels Schottky-Dioden auf Basis von Siliziumcarbid (SiC) erfolgt. The rectifier, which is in particular an output rectifier, ensures a rectification of the PWM alternating voltage, in particular by means of a bridge rectification, this output rectification being carried out using Schottky diodes based on silicon carbide (SiC).
Die Steuerungsvorrichtung ist vorzugsweise eine zentrale Regelungskarte oder Regelungsplatine mit einer CANopen-Schnittstelle, wie z.B. eine VSQ-Karte, und umfasst einen digitalen Signalprozessor (DSP) bzw. ist als solcher ausgebildet. Der digitale Signalprozessor ist dabei vorzugsweise ein Mikroprozessor. The control device is preferably a central control card or control board with a CANopen interface, such as a VSQ card, and includes a digital signal processor (DSP) or is designed as such. The digital signal processor is preferably a microprocessor.
Es kann vorteilhaft sein, wenn der geregelte Netzgleichrichter ein AFE ist oder als AFE ausgebildet ist. It can be advantageous if the regulated mains rectifier is an AFE or is designed as an AFE.
Ein AFE ist grundsätzlich eine Schaltung, mit der aus einer dreiphasigen Wechselspannung eine Gleichspannung generiert wird. An AFE is basically a circuit that is used to generate a direct voltage from a three-phase alternating voltage.
Während die Gleichrichtung mit einer konventionellen Diodenbrücke den Nachteil hat, dass die Stromentnahme aus dem Netz nur pulsförmig stattfindet, was zu hohen Oberwellen und Netzrückwirkungen führt, lässt sich durch ein AFE der Leistungsfaktor einstellen und verbessern, sogar bis zum einem Leistungsfaktor von 1. Zudem ist mittels AFE die Zwischenkreisspannung Uz einstellbar und somit wird ein Weitbereichseingang für das dreiphasig versorgte Gleichrichtermodul ermöglicht. While rectification with a conventional diode bridge has the disadvantage that current is only drawn from the network in pulses, which leads to high harmonics and network feedback, the power factor can be adjusted and improved with an AFE, even up to a power factor of 1. In addition, by means of AFE the intermediate circuit voltage U z can be adjusted, thus enabling a wide range input for the three-phase supplied rectifier module.
Die variable Einstellung der Stromflussrichtung, des Leistungsfaktors und der Zwischenkreisspannung Uz erfolgt durch eine Vektorregelung der Schalttransistoren. Das Grundprinzip dieser Verschaltung stellt ein Hochsetzsteller bzw. Boost-Wandler dar (als Kombination der AFE-Drosseln und der nachgeschalteten Transistoren), wodurch die Zwischenkreisspannung Uz immer höher als der maximale Scheitelwert bei Weitbereichseingang sein muss. The variable setting of the current flow direction, the power factor and the intermediate circuit voltage U z is carried out by vector control of the switching transistors. The basic principle of this connection is a step-up converter or boost converter (as a combination of the AFE chokes and the downstream transistors), which means that the intermediate circuit voltage U z must always be higher than the maximum peak value for a wide-range input.
Der Einsatz der AFE-Technik ermöglicht es die interne Zwischenkreisspannung (DC link voltage) konstant zu halten, welche bei herkömmlichen Gleichrichtermodulen schwankt in Abhängigkeit der jeweiligen Netzspannung und deren Toleranzen schwankt. Dadurch können der entsprechende HF-Transformator und die Netzverdrahtung mit weniger Reserven dimensioniert werden, was zu geringeren Verlusten im HF-Transformator und zu einer höheren Packungsdichte und damit einhergehend geringeren Abmessungen des Gleichrichtermoduls führt. The use of AFE technology makes it possible to keep the internal DC link voltage constant, which in conventional rectifier modules fluctuates depending on the respective mains voltage and its tolerances. This means that the corresponding HF transformer and the network wiring can be dimensioned with fewer reserves, which leads to lower losses in the HF transformer and to a higher packing density and the associated smaller dimensions of the rectifier module.
Im Weiteren werden durch den Einsatz der AFE-Technik die Netzblindströme, wie sie bei herkömmlichen Gleichrichtern erzeugt werden, weitestgehend eliminiert und die Netzrückwirkungen bzw. gesamte harmonische Stromverzerrung (TH Di) deutlich auf unter 3 % reduziert. Furthermore, through the use of AFE technology, the mains reactive currents, as generated by conventional rectifiers, are largely eliminated and the mains feedback or total harmonic current distortion (TH Di) is significantly reduced to less than 3%.
Über den Wechselrichter wird dann die konstante Zwischenkreisspannung Uz in eine pulsweitenmodulierten (PWM) Wechselspannung umgewandelt. The constant intermediate circuit voltage U z is then converted into a pulse width modulated (PWM) alternating voltage via the inverter.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Kühlvorrichtung ein Ventilator zur Bereitstellung eines Kühlluftstromes ist und dass der Ventilator zur Luftkühlung den Hochfrequenztransformator und/oder den Gleichrichter anströmt. It can also be provided that the cooling device is a fan for providing a cooling air flow and that the fan flows towards the high-frequency transformer and/or the rectifier for air cooling.
Durch eine entsprechende Anordnung in Strömungsrichtung des Ventilators werden der HF-Transformator und/oder der Gleichrichter mit einem Kühlluftstrom an- bzw. umströmt, wodurch eine effektive Kühlung erreicht wird. Durch die Kühlung einer oder beider Komponenten werden wärmebedingte Verluste und Störungen reduziert und infolgedessen der Wirkungsgrad des Gleichrichtermoduls erhöht. Der Ventilator bewirkt vorzugsweise zudem, dass Wärmeenergie, welche beispielsweise am geregelten Netzgleichrichter und/oder dem Wechselrichter entsteht und vorzugsweise mittels eines oder mehrerer Kühlkörper in den Kühlluftstrom übertragen wird, von eben diesem Kühlluftstrom über die Rückseite des Gehäuses aus dem Gleichrichtermodul hinausgefördert wird, Through an appropriate arrangement in the flow direction of the fan, a cooling air flow flows on or around the HF transformer and/or the rectifier, whereby effective cooling is achieved. Cooling one or both components reduces heat-related losses and interference and consequently increases the efficiency of the rectifier module. The fan preferably also causes thermal energy, which is generated, for example, on the regulated mains rectifier and/or the inverter and is preferably transferred into the cooling air flow by means of one or more heat sinks, to be conveyed out of the rectifier module by this cooling air flow via the back of the housing,
Vorstellbar ist auch, dass anstelle eines Ventilators eine Wasserkühlung verwendet wird, deren Kühlmedium Wasser durch entsprechende Installation die Wärme des HF- Transformators und/oder Gleichrichters aufnimmt und abführt. It is also conceivable that instead of a fan, water cooling is used, the cooling medium of which, water, absorbs and dissipates the heat from the HF transformer and/or rectifier through appropriate installation.
Der HF-Transformator und/oder der Gleichrichter können zur Kühlung direkt angeströmt werden. Vorstellbar ist aber auch, dass diese Komponenten auf einem Kühlkörper montiert sind, welcher im Wesentlichen angeströmt wird und die entsprechende Kühlung fördert. The HF transformer and/or the rectifier can be exposed to direct flow for cooling. However, it is also conceivable that these components are mounted on a heat sink, which essentially receives air flow and promotes the appropriate cooling.
Vorteilhaft ist es insbesondere, wenn der HF-Transformator mindestens gegenüber dem geregelten Netzgleichrichter, dem Wechselrichter und der Steuerungsvorrichtung abgeschirmt ist. It is particularly advantageous if the HF transformer is shielded at least from the regulated mains rectifier, the inverter and the control device.
Eine Abschirmung des HF-Transformators gegenüber den zuvor genannten Elementen verhindert, dass es aufgrund von elektromagnetischen Interferenzen zu einer Reduzierung des Wirkungsgrades des Gleichrichtermoduls kommt. Shielding the HF transformer from the aforementioned elements prevents a reduction in the efficiency of the rectifier module due to electromagnetic interference.
Vorzugsweise ist die Leitungs- bzw. Verbindungslänge zwischen dem Wechselrichter und dem eingangsseitigen bzw. primärseitigen Anschluss des HF-Transformators möglichst gering, wodurch insbesondere Verluste und Störungen vermieden bzw. zumindest reduziert werden. Preferably, the line or connection length between the inverter and the input-side or primary-side connection of the HF transformer is as short as possible, which in particular avoids or at least reduces losses and interference.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Gleichrichtermodul eine Eingangsfiltervorrichtung umfasst, welche eingangsseitig mit dem Netzanschluss verbindbar und ausgangsseitig mit dem geregelten Netzgleichrichter verbunden ist und welche so eingerichtet ist, dass sie Strom- und/oder Spannungsmesswerte der dreiphasigen Netzeingangsspannung an die Steuerungsvorrichtung überträgt. Die Eingangsfiltervorrichtung ist ausgebildet als oder umfasst einen LCL-Filter, durch welchen zum einen hochfrequente Störsignale der Schalttransistoren des geregelten Netzgleichrichters und/oder des Wechselrichters gefiltert werden, damit diese nicht auf das Versorgungsnetz gelangen bzw. die Eingangsnetzleitung erreichen. Zum anderen wird durch die Eingangsfiltervorrichtung verhindert, dass Hochfrequenzsignale aus dem Wechselstromverteilernetz, d.h. dem Versorgungsnetz, als Störung in das Gleichrichtermodul eindringen. It can be advantageous if the rectifier module comprises an input filter device, which can be connected to the mains connection on the input side and is connected to the regulated mains rectifier on the output side and which is set up in such a way that it transmits current and/or voltage measured values of the three-phase mains input voltage to the control device. The input filter device is designed as or comprises an LCL filter, through which, on the one hand, high-frequency interference signals from the switching transistors of the regulated mains rectifier and/or the inverter are filtered so that they do not reach the supply network or reach the input network line. On the other hand, the input filter device prevents high-frequency signals from the AC distribution network, ie the supply network, from penetrating the rectifier module as interference.
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn das Gleichrichtermodul eine Ausgangsfiltervorrichtung umfasst, welche eingangsseitig mit dem Gleichrichter verbunden und ausgangsseitig mit der Elektrode verbindbar ist und welche so eingerichtet ist, dass sie Strom- und/oder Spannungsmesswerte der Ausgangsgleichspannung an die Steuerungsvorrichtung überträgt. It can be particularly advantageous if the rectifier module comprises an output filter device, which is connected to the rectifier on the input side and can be connected to the electrode on the output side and which is set up in such a way that it transmits current and/or voltage measured values of the output direct voltage to the control device.
Die Elektrode ist dabei über den Gleichspannungsausgang des Gleichrichtermoduls verbindbar, mit welchem die Ausgangsfiltervorrichtung ausgangsseitig verbunden ist und welcher insbesondere vier Plusleitungen und eine Minusleitung aufweist. The electrode can be connected via the DC voltage output of the rectifier module, to which the output filter device is connected on the output side and which in particular has four plus lines and one minus line.
Durch die Ausgangsfiltervorrichtung lässt sich vorzugsweise die interne Schaltfrequenz des AFE und/oder des Wechselrichters unterdrücken oder zumindest filtern bzw. glätten. The output filter device can preferably be used to suppress or at least filter or smooth the internal switching frequency of the AFE and/or the inverter.
Vorzugsweise ist zwischen der Ausgangsseite des Gleichrichters und der Eingangsseite der Ausgangsfiltervorrichtung in der Minusleitung des Ausgangskreises bzw. des Sekundärkreises eine Sperrdiode bzw. Blockdiode angeordnet bzw. mit diesen verbunden, um aufgrund der Vielzahl an parallel geschalteten Gleichrichtermodulen bei kathodischen Tauchlackieranlagen Gegenströme zu unterdrücken. Preferably, a blocking diode or blocking diode is arranged between the output side of the rectifier and the input side of the output filter device in the negative line of the output circuit or the secondary circuit or is connected to them in order to suppress countercurrents in cathodic dip painting systems due to the large number of rectifier modules connected in parallel.
Zur Bereitstellung und Übertragung von Strom- und/oder Spannungsmesswerten der Ausgangsgleichspannung an die Steuerungsvorrichtung umfasst die Ausgangsfiltervorrichtung vorzugsweise eine Ausgangsmesskarte mit je einem Shunt pro Plusleitung des Ausgangskreises, an welchen die entsprechenden Messwerte abgegriffen werden. Vorteilhaft kann es sein, wenn das Gleichrichtermodul eine Datenschnittstelle aufweist, mittels welcher Daten zwischen der Steuerungsvorrichtung des Gleichrichtermoduls und einem externen Netzwerk austauschbar sind. To provide and transmit current and/or voltage measured values of the output direct voltage to the control device, the output filter device preferably comprises an output measurement card, each with a shunt per positive line of the output circuit, from which the corresponding measured values are tapped. It can be advantageous if the rectifier module has a data interface by means of which data can be exchanged between the control device of the rectifier module and an external network.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Datenschnittstelle ein Profinet/CANopen-Gateway umfasst oder als Profinet/CANopen-Gateway ausgebildet ist. It is particularly advantageous if the data interface includes a Profinet/CANopen gateway or is designed as a Profinet/CANopen gateway.
Vorstellbar ist aber auch, dass die Datenschnittstelle eine Ethernet-IP-Schnittstelle umfasst oder als solche ausgebildet ist. However, it is also conceivable that the data interface includes an Ethernet-IP interface or is designed as such.
Es soll verstanden werden, dass ein Gateway eine Schnittstelle sein kann und vice versa. It should be understood that a gateway can be an interface and vice versa.
Es soll ferner verstanden werden, dass eine Ethernet-IP/CANopen-Schnittstelle kurz als Ethernet-IP-Schnittstelle bezeichnet werden kann. It should also be understood that an Ethernet-IP/CANopen interface can be referred to as an Ethernet-IP interface for short.
Die Datenschnittstelle ermöglicht u.a. eine externe Ansteuerung des Gleichrichtermoduls und dient zugleich zu dessen Überwachung, um es z.B. vor Überlastungen zu schützen, wobei Überlastungen dann auftreten können, wenn aufgrund besonderer Vorkommnisse ein Betrieb des Gleichrichtermoduls außerhalb der zulässigen Grenzwerte zu erwarten ist. The data interface enables, among other things, external control of the rectifier module and at the same time serves to monitor it, for example to protect it from overloads, whereby overloads can occur if, due to special events, the rectifier module is expected to operate outside the permissible limit values.
Es ist zum Schutz des Gleichrichtermoduls dabei wichtig, dass auf mögliche äußere Störeinflüsse, wie beispielsweise Netzeinbrüche oder Netzschwankungen, entsprechend schnell reagiert wird, um einen sicheren und konstanten Betrieb unter Einhaltung aller technischen Eigenschaften zu gewährleisten. To protect the rectifier module, it is important to react quickly to possible external interference, such as network drops or network fluctuations, in order to ensure safe and constant operation while maintaining all technical properties.
Mittels des Profinet/CANopen-Gateways können ferner Informationen über das Gleichrichtermodul der übergeordneten Steuerung zur Verfügung gestellt werden. Using the Profinet/CANopen gateway, information about the rectifier module can also be made available to the higher-level controller.
Das Profinet/CANopen-Gateway ist insbesondere zuständig für eine Umwandlung zwischen der Profinet-Echtzeit-Schnittstelle der Datenschnittstelle und der internen CANopen-Kommunikation bzw. dem entsprechenden Protokoll des Gleichrichtermoduls bzw. dessen Steuerungsvorrichtung. The Profinet/CANopen gateway is in particular responsible for a conversion between the Profinet real-time interface of the data interface and the internal CANopen communication or the corresponding protocol of the rectifier module or its control device.
Zudem ist mit dieser Datenschnittstelle das Gleichrichtermodul auch im Hinblick auf einen Einsatz im Rahmen der Industrie 4.0 vorbereitet. Vorstellbar ist auch, dass die Steuerungsvorrichtung den geregelten Netzgleichrichter und/oder den Wechselrichter und/oder die Kühlvorrichtung steuert und/oder regelt, insbesondere mittels Pulsweitenmodulation. In addition, with this data interface, the rectifier module is also prepared for use in Industry 4.0. It is also conceivable that the control device controls and/or regulates the regulated grid rectifier and/or the inverter and/or the cooling device, in particular by means of pulse width modulation.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Steuerungsvorrichtung dazu auslegt ist, die Temperatur an einer oder mehreren Stellen des Gleichrichtermoduls zu überwachen, insbesondere die Temperatur der Kühlvorrichtung, des geregelten Netzgleichrichters, des Wechselrichters und des Hochfrequenztransformators. It can be advantageous if the control device is designed to monitor the temperature at one or more points of the rectifier module, in particular the temperature of the cooling device, the regulated grid rectifier, the inverter and the high-frequency transformer.
Günstig kann es sein, wenn die Steuerungsvorrichtung und/oder die Datenschnittstelle mit einem Gleichstrom-Versorgungsanschluss verbunden sind. It can be advantageous if the control device and/or the data interface are connected to a direct current supply connection.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass der geregelte Netzgleichrichter und/oder der Wechselrichter einen oder mehrere Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) auf Basis von SiC umfassen. It can further be provided that the regulated grid rectifier and/or the inverter comprise one or more metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOSFET) based on SiC.
Dadurch werden die Schaltverluste gegenüber herkömmlichen MOSFET sowie gegenüber Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT Technik) reduziert und in Verbindung mit weiteren Maßnahmen ist ein Wirkungsgrad von bis zu 97 % möglich. This reduces the switching losses compared to conventional MOSFETs and bipolar transistors with insulated gate electrodes (IGBT technology) and, in conjunction with other measures, an efficiency of up to 97% is possible.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schaltfrequenz des geregelten Netzgleichrichters und/oder des Wechselrichters mindestens 40 kHz beträgt. In a further embodiment of the invention it can be provided that the switching frequency of the regulated mains rectifier and/or the inverter is at least 40 kHz.
Durch die Erhöhung der Schaltfrequenz auf 40 kHz zur PWM-Ansteuerung über Steuerungsvorrichtung werden die Verluste weiter reduziert, was zum Erreichen des erhöhten Gesamtwirkungsgrades beiträgt. By increasing the switching frequency to 40 kHz for PWM control via the control device, the losses are further reduced, which contributes to achieving increased overall efficiency.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Gleichrichtermodul eine interne Versorgungseinheit zur Erzeugung und Bereitstellung einer internen Hilfsspannung für die Steuerungsvorrichtung umfasst, welche eingangsseitig mit dem Netzanschluss verbunden und ausgangsseitig mit der Steuerungsvorrichtung verbunden ist. Eingangsseitig ist die interne Versorgungseinheit vorzugsweise über die Eingangsfiltervorrichtung mit dem Netzanschluss verbunden. Die Eingangsfiltervorrichtung speist dementsprechend die Netzspannung in die interne Versorgungseinheit ein. In a further embodiment of the invention, it can be provided that the rectifier module comprises an internal supply unit for generating and providing an internal auxiliary voltage for the control device, which is connected on the input side to the mains connection and on the output side is connected to the control device. On the input side, the internal supply unit is preferably connected to the mains connection via the input filter device. The input filter device accordingly feeds the mains voltage into the internal supply unit.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Wirkungsgrad des Gleichrichtermoduls bis zu 97 % beträgt und/oder im Bereich von 20 % bis 100 % Ausgangsleistung der Leistungsfaktor des Gleichrichtermoduls 0,99 bis 1 ,0 beträgt. In a further embodiment of the invention it can be provided that the efficiency of the rectifier module is up to 97% and/or in the range from 20% to 100% output power the power factor of the rectifier module is 0.99 to 1.0.
Weitere Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen. Further features and/or advantages of the invention are the subject of the following description and the graphic representation of exemplary embodiments.
In den Figuren zeigen: Show in the figures:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gleichrichtermoduls; Fig. 1 is a schematic representation of a rectifier module according to the invention;
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Frontseite des erfindungsgemäßen Gleichrichtermoduls aus Fig. 1; und Fig. 2 is a schematic top view of the front of the rectifier module according to the invention from Fig. 1; and
Fig. 3 eine schematische Schaltdarstellung der Komponenten des erfindungsgemäßen Gleichrichtermoduls aus Fig. 1. Fig. 3 is a schematic circuit diagram of the components of the rectifier module according to the invention from Fig. 1.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Identical or functionally equivalent elements are provided with the same reference numbers in all figures.
Eine in den Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eines als Ganzes mit 100 bezeichneten Gleichrichtermoduls dient der Umwandlung einer dreiphasigen Netzeingangsspannung in eine ström- und spannungsgeregelte Gleichspannung. An embodiment of a rectifier module, designated as a whole by 100, shown in FIG. 1 is used to convert a three-phase mains input voltage into a current- and voltage-controlled direct voltage.
In Fig. 3 ist ergänzend eine schematische Schaltdarstellung der Komponenten des Gleichrichtermoduls 100 dargestellt, welche insbesondere die Verbindungen zwischen den Komponenten hervorhebt. Das Gleichrichtermodul 100 umfasst ein Gehäuse 102, in welchem die weiteren Komponenten aufgenommen sind, wobei das Gehäuse 102 vorzugsweise eine Breite von 445 mm, eine Höhe von 177 mm und eine Tiefe von 540 aufweist. 3 additionally shows a schematic circuit diagram of the components of the rectifier module 100, which particularly highlights the connections between the components. The rectifier module 100 includes a housing 102 in which the other components are accommodated, the housing 102 preferably having a width of 445 mm, a height of 177 mm and a depth of 540.
Das Gleichrichtermodul 100 wiegt vorzugsweise insgesamt maximal 27 kg. The rectifier module 100 preferably weighs a maximum of 27 kg in total.
Das Gehäuse 102 ist durch eine Abschirmung 104 in einen ersten Teilbereiche 106 und einen zweiten Teilbereich 108 aufgeteilt. Zudem weist eine Frontseite 109 des Gehäuses, welche näher in Fig. 2 dargestellt ist, in Fig. 1 nach unten. The housing 102 is divided into a first subarea 106 and a second subarea 108 by a shield 104. In addition, a front side 109 of the housing, which is shown in more detail in FIG. 2, points downward in FIG. 1.
Die Abschirmung 104 umfasst vorzugsweise mindestens einen Kühlkörper, über weichen Wärmeenergie von einem Teilbereich in den anderen übertragen werden kann, insbesondere vom ersten Teilbereich 106 in den zweiten Teilbereich 108. The shield 104 preferably comprises at least one heat sink, via which thermal energy can be transferred from one partial area to the other, in particular from the first partial area 106 to the second partial area 108.
Das Gleichrichtermodul 100 umfasst weiter eine Eingangsfiltervorrichtung 110, einen Active-Front-End-Umrichter (AFE-Umrichter) 111 , eine Steuerungsvorrichtung 114, eine interne Versorgungseinheit 116 und eine Datenschnittstelle 118, wobei diese Komponenten in dem ersten Teilbereich 106 des Gehäuses 102 angeordnet sind. The rectifier module 100 further includes an input filter device 110, an active front-end converter (AFE converter) 111, a control device 114, an internal supply unit 116 and a data interface 118, these components being arranged in the first portion 106 of the housing 102 .
Der AFE-Umrichter 111 in Fig. 1 ist als ein Bauteil dargestellt, in welchem ein als AFE ausgebildeter, geregelter Netzgleichrichter 112 und ein Wechselrichter 113 kombiniert sind, wohingegen die Darstellung in Fig. 3 beide Komponenten funktional getrennt zeigt. The AFE converter 111 in Fig. 1 is shown as a component in which a regulated mains rectifier 112 designed as an AFE and an inverter 113 are combined, whereas the illustration in Fig. 3 shows both components functionally separated.
Der AFE-Umrichter 111 umfasst einen oder mehrere Metalloxid-Halbleiter- Feldeffekttransistoren (MOSFET) auf Basis von Siliziumcarbid (SiC). Diese SiC- MOSFETs sind vorzugsweise so an dem mindestens einen Kühlkörper der Abschirmung 104 angeordnet oder auf diesem installiert, dass die Wärmeenergie, welche beim Betrieb des Gleichrichtermoduls 100 am AFE-Umrichter 111 erzeugt wird, von dem ersten Teilbereich 106 in den zweiten Teilbereich 108 übertragen wird. The AFE inverter 111 includes one or more metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOSFET) based on silicon carbide (SiC). These SiC MOSFETs are preferably arranged on or installed on the at least one heat sink of the shield 104 so that the thermal energy, which is generated during operation of the rectifier module 100 on the AFE converter 111, is transferred from the first subregion 106 to the second subregion 108 becomes.
Die Datenschnittstelle 118 ist ausgebildet als ein Profinet/CANopen-Gateway 120 oder umfasst ein Profinet/CANopen-Gateway 120. Die Steuerungsvorrichtung 114 ist ausgebildet als eine VSQ-Karte 122 oder umfasst eine VSQ-Karte 122. The data interface 118 is designed as a Profinet/CANopen gateway 120 or includes a Profinet/CANopen gateway 120. The control device 114 is designed as a VSQ card 122 or includes a VSQ card 122.
Im zweiten Teilbereich 108 des Gehäuses 102 sind des Weiteren ein Hochfrequenztransformator (HF-Transformator) 124, ein oder mehrere AFE-Chokes 125, ein Gleichrichter 126, eine Ausgangsfiltervorrichtung 128, eine Blockdiode 130 und eine Ausgangsmesskarte 132 angeordnet, wobei der HF-Transformator 124 von den übrigen Komponenten des zweiten Teilbereichs 108 durch eine Einhausung 134 abgetrennt sein kann. In the second portion 108 of the housing 102, a high-frequency transformer (HF transformer) 124, one or more AFE chokes 125, a rectifier 126, an output filter device 128, a blocking diode 130 and an output measurement card 132 are further arranged, the HF transformer 124 can be separated from the remaining components of the second portion 108 by an enclosure 134.
Frontseitig ist ferner am zweiten Teilbereich 108 eine Kühlvorrichtung 136 angeordnet, welche insbesondere ein Ventilator 138 ist, welcher einen Kühlluftstrom 140 erzeugt und innerhalb des Gehäuses 102 bereitstellt bzw. diesen in das Gehäuse 102 hineinfördert. On the front side, a cooling device 136 is also arranged on the second portion 108, which is in particular a fan 138, which generates a cooling air flow 140 and provides it within the housing 102 or conveys it into the housing 102.
Der Kühlluftstrom 140 umströmt zur Luftkühlung im Wesentlichen den HF-Transformator 124 sowie den Gleichrichter 126 bzw. strömt diese an. The cooling air flow 140 essentially flows around the HF transformer 124 and the rectifier 126 for air cooling or flows towards them.
Dementsprechend erstreckt sich die Einhausung 134 zumindest auf der Seite, welche der Frontseite 109 des Gehäuses 102 gegenüberliegt nicht über die komplette Höhe des Gehäuses 102, so dass der Kühlluftstrom auch den Gleichrichter 126 um- bzw. anströmen kann. Accordingly, the housing 134 does not extend over the entire height of the housing 102, at least on the side that is opposite the front side 109 of the housing 102, so that the cooling air flow can also flow around or against the rectifier 126.
Bevor nachfolgend auf die einzelnen Verbindungen der Komponenten näher eingegangen wird, soll verstanden werden, dass in Fig. 1 diejenigen Leitungen bzw. Verbindungen, welche anscheinend aus dem Gehäuse 102 geführt sind bzw. außen entlang des Gehäuses 102 geführt sind, nur aus Darstellungsgründen zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses 102 angetragen wurden, d.h. alle Verbindungen sollen tatsächlich innerhalb des Gehäuses 102 verlaufen. Before the individual connections of the components are discussed in more detail below, it should be understood that in Fig. 1 those lines or connections which are apparently led out of the housing 102 or are guided outside along the housing 102 are at least partially shown only for reasons of illustration were applied outside the housing 102, i.e. all connections should actually run inside the housing 102.
Ferner wird im Weiteren unter dem Begriff "Verbindung" eine elektrisch leitende Verbindung verstanden, durch welche ein elektrischer Strom fließt bzw. mittels welcher eine Spannung angelegt werden kann, wobei eine Verbindung eine oder mehrere Leiter bzw. Leitungen umfasst. Über einen Netzanschluss 142 ist das Gleichrichtermodul 100 mit der Quelle für die dreiphasige Netzeingangsspannung verbunden. Furthermore, the term “connection” is understood to mean an electrically conductive connection through which an electrical current flows or by means of which a voltage can be applied, a connection comprising one or more conductors or lines. The rectifier module 100 is connected to the source for the three-phase mains input voltage via a mains connection 142.
Der Netzanschluss 142, welcher an der Frontseite 109 des Gehäuses 102 angeordnet ist, ist über eine Verbindung 144 mit der Eingangsfiltervorrichtung 110 verbunden, so dass zunächst die HF-Anteile der Eingangsspannung reduziert werden können, um die Anforderungen an zulässigen Störungen zu erfüllen. The power connection 142, which is arranged on the front 109 of the housing 102, is connected to the input filter device 110 via a connection 144, so that the HF components of the input voltage can initially be reduced in order to meet the requirements for permissible interference.
Die Eingangsfiltervorrichtung 110 verhindert, dass im Gleichrichtermodul 100 erzeugte HF-Signale die Eingangsleitung erreichen und dass HF-Anteile der Netzeingangsspannung als Störungen in die Kreise des Gleichrichtermoduls 100 gelangen. The input filter device 110 prevents HF signals generated in the rectifier module 100 from reaching the input line and from HF components of the mains input voltage reaching the circuits of the rectifier module 100 as interference.
Von der Eingangsfiltervorrichtung 110 wird zum einen die interne Versorgungseinheit 116 über eine Verbindung 146 gespeist, welche wiederum die Steuervorrichtung 114 über eine Verbindung 148 mit einer internen Hilfsspannung versorgt. On the one hand, the internal supply unit 116 is fed from the input filter device 110 via a connection 146, which in turn supplies the control device 114 with an internal auxiliary voltage via a connection 148.
Zum anderen wird über eine Verbindung 150 der AFE-Umrichter 111 von der Eingangsfiltervorrichtung 110 mit der gefilterten Netzeingangsspannung versorgt. On the other hand, the AFE converter 111 is supplied with the filtered mains input voltage from the input filter device 110 via a connection 150.
Ferner stellt die Eingangsfiltervorrichtung 110 der Steuervorrichtung 114 über eine Verbindung 152 Strommesswerte und über eine Verbindung 154 Spannungsmesswerte bereit. Furthermore, the input filter device 110 provides the control device 114 with current measurement values via a connection 152 and voltage measurement values via a connection 154.
Des Weiteren versorgt ein Gleichstrom-Versorgungsanschluss 156, welcher ebenfalls an der Frontseite 109 des Gehäuses 102 angeordnet ist, die Steuervorrichtung 114 über ein Verbindung 155 und die Datenschnittstelle 118 über eine Verbindung 157 mit einer Gleichspannung. Furthermore, a direct current supply connection 156, which is also arranged on the front side 109 of the housing 102, supplies the control device 114 via a connection 155 and the data interface 118 via a connection 157 with a direct voltage.
Die Datenschnittstelle 118 weist ferner einen Anschluss 158 auf, welcher ebenfalls an der Frontseite 109 des Gehäuses 102 angeordnet ist und über weichen die Datenschnittstelle 118 beispielsweise mit einem Profinet-Netzwerk zum Datenaustausch verbunden werden kann. Der AFE-Umrichter 111 ist über eine Verbindung 160 mit dem HF-Transformator 124 verbunden, welcher selbst wiederum über eine Verbindung 162 mit dem Gleichrichter 126 ist. The data interface 118 also has a connection 158, which is also arranged on the front 109 of the housing 102 and via which the data interface 118 can be connected, for example, to a Profinet network for data exchange. The AFE converter 111 is connected via a connection 160 to the HF transformer 124, which in turn is connected to the rectifier 126 via a connection 162.
Von einer Verbindung 164 zwischen dem Gleichrichter 126 und der Ausgangsfiltervorrichtung 128 ist in einer Minusleitung 166 eine Blockdiode 130 angeordnet bzw. in dieser zwischengeschaltet, welche einen negativen Gegenstrom durch die Gleichrichterdioden bei einer extern auftretenden Gegenspannung unterdrückt. From a connection 164 between the rectifier 126 and the output filter device 128, a blocking diode 130 is arranged or interposed in a negative line 166, which suppresses a negative countercurrent through the rectifier diodes in the event of an externally occurring countervoltage.
Die Ausgangsfiltervorrichtung 128 ist ferner mit einer Ausgangsmesskarte 132, welche vier Shunts aufweist, über eine Verbindung 168 und außerdem über eine Verbindung 170 mit einem Gleichspannungsausgang 172 verbunden, welcher vier Plusleitungen und eine Minusleitung aufweist und an welchen eine oder mehrere Elektroden, insbesondere eine oder mehrere Anoden, angeschlossen sind. The output filter device 128 is further connected to an output measurement card 132, which has four shunts, via a connection 168 and also via a connection 170 to a DC voltage output 172, which has four plus lines and one negative line and on which one or more electrodes, in particular one or more Anodes are connected.
Der Gleichspannungsausgang 172 ist ebenfalls an der Frontseite 109 des Gehäuses 102 angeordnet. The DC voltage output 172 is also arranged on the front 109 of the housing 102.
Die Ausgangsmesskarte 132 stellt über eine Verbindung 174 Strommesswerte und über eine Verbindung 176 Spannungswerte an die Steuerungsvorrichtung bereit bzw. überträgt diese über die Verbindungen 174, 176. The output measurement card 132 provides current measurement values via a connection 174 and voltage values via a connection 176 to the control device or transmits these via the connections 174, 176.
An der Frontseite 109 des Gehäuses 102 ist weiter ein Kühlvorrichtungsanschluss 178 angeordnet, welcher über eine Verbindung 180 die Kühlvorrichtung 136 mit Strom versorgt. A cooling device connection 178 is also arranged on the front side 109 of the housing 102, which supplies the cooling device 136 with power via a connection 180.
Über eine oder mehrere Verbindungen 182 werden außerdem Temperaturmesswerte von einer oder mehreren Messstellen im Gleichrichtermodul 100 an die Steuervorrichtung 114 übertragen bzw. weitergeleitet. Die Messstellen befinden sich vorzugsweise unter anderem am AFE-Umrichter 111 , am HF-Transformator 124 und an der Kühlvorrichtung 136. Temperature measurements from one or more measuring points in the rectifier module 100 are also transmitted or forwarded to the control device 114 via one or more connections 182. The measuring points are preferably located, among other things, on the AFE converter 111, on the HF transformer 124 and on the cooling device 136.
Die Steuerungsvorrichtung 114 steuert und/oder regelt mittels PWM-Signalen über eine Steuer- und/oder Regelverbindung 184 den AFE-Umrichter 111 und über eine Steuer- und/oder Regelverbindung 186 die Kühlvorrichtung 136. Außerdem erfolgt der Datenaustausch über einen CAN-Bus 188 zwischen der Steuerungsvorrichtung 114 und der Datenschnittstelle 118. The control device 114 controls and/or regulates the AFE converter 111 using PWM signals via a control and/or regulating connection 184 and the cooling device 136 via a control and/or regulating connection 186. In addition, data is exchanged via a CAN bus 188 between the control device 114 and the data interface 118.
Wie der Fig. 2 weiter zu entnehmen ist, ist an der Frontseite 109 des Gehäuses 102 eine Status-LED 190 angeordnet, welche vorzugsweise von der Steuerungsvorrichtung 114 angesteuert wird und Nutzer optisch über den Status bzw. den Betriebszustand des Gleichrichtermoduls 100 informiert, wobei insbesondere unterschiedliche Leuchtfarben eine Unterscheidung der unterschiedlichen Betriebszustände ermöglichen. 2, a status LED 190 is arranged on the front side 109 of the housing 102, which is preferably controlled by the control device 114 and visually informs users about the status or the operating state of the rectifier module 100, in particular Different luminous colors enable the different operating states to be distinguished.
In Ergänzung zu Fig. 1 und 2 sollen nachfolgend anhand von Fig. 3 insbesondere die Umwandlungsschritte der Spannung vom Netzanschluss 142 bis zum Gleichspannungsausgang 172 beschrieben werden. In addition to FIGS. 1 and 2, the conversion steps of the voltage from the mains connection 142 to the DC voltage output 172 will be described below with reference to FIG. 3.
Über den Netzanschluss 142 wird die dreiphasige Netzeingangsspannung in das Gleichrichtermodul 100 eingespeist, d.h. es wird ein dreiphasiger Dreh- bzw. Wechselstrom am Netzanschluss 142 angelegt. The three-phase mains input voltage is fed into the rectifier module 100 via the mains connection 142, i.e. a three-phase three-phase or alternating current is applied to the mains connection 142.
Dieser wird dann zunächst in der Eingangsfiltervorrichtung 110, welche eingangsseitig mit dem Netzanschluss 142 und ausgangsseitig mit dem AFE-Umrichter 111 bzw. dem geregelten Netzgleichrichter 112 verbunden ist, gefiltert, um insbesondere die HF-Anteile der Netzeingangsspannung herauszufiltern. This is then first filtered in the input filter device 110, which is connected on the input side to the mains connection 142 and on the output side to the AFE converter 111 or the regulated mains rectifier 112, in order to filter out in particular the HF components of the mains input voltage.
Im als AFE ausgebildeten, geregelten Netzgleichrichter 112, welcher eingangsseitig mit der Eingangsfiltervorrichtung 110 und ausgangsseitig mit dem Wechselrichter 113 verbunden ist, erfolgt dann eine aktive Gleichrichtung der gefilterten Netzeingangsspannung bei sinusförmiger Netzstromaufnahme, wodurch eine konstante Zwischenkreisspannung bereitgestellt wird. In the regulated mains rectifier 112 designed as an AFE, which is connected on the input side to the input filter device 110 and on the output side to the inverter 113, the filtered mains input voltage is then actively rectified with a sinusoidal mains current consumption, whereby a constant intermediate circuit voltage is provided.
Die Zwischenkreisspannung wird anschließend im Wechselrichter 113, welcher eingangsseitig mit dem geregelten Netzgleichrichter 112 und ausgangsseitig mit HF- Transformator 124 verbunden ist, in eine PWM-Wechselspannung umgewandelt, welche daraufhin im HF-Transformator 124, welcher eingangsseitig mit dem Wechselrichter 113 und ausgangsseitig mit dem Gleichrichter 126 verbunden ist, gemäß dem gewählten Übertragungsverhältnis vom Primärkreis, welcher an der Eingangsseite des HF- Transformators 124 anliegt, auf den Sekundärkreis, d.h. den Ausgangskreis übertragen wird. The intermediate circuit voltage is then converted in the inverter 113, which is connected on the input side to the regulated mains rectifier 112 and on the output side to the HF transformer 124, into a PWM alternating voltage, which is then in the HF transformer 124, which is connected on the input side to the inverter 113 and on the output side to the Rectifier 126 is connected, according to the selected transmission ratio from the primary circuit, which is on the input side of the HF Transformer 124 is present, is transferred to the secondary circuit, ie the output circuit.
Der HF-Transformator trennt also die Quelle der Netzeingangsspannung galvanisch von der Elektrode. The HF transformer electrically isolates the source of the mains input voltage from the electrode.
Die übertragene PWM-Wechselspannung wird weiter im Gleichrichter 126, welcher eingangsseitig mit dem HF-Transformator 124 und ausgangsseitig mit der Ausgangsfiltervorrichtung 128 verbunden ist, gleichgerichtet, so dass nach einer Filterung bzw. Glättung in der Ausgangsfiltervorrichtung 128, welche eingangsseitig mit dem Gleichrichter 126 und ausgangsseitig mit dem Gleichspannungsausgang 172 verbunden ist, eine Gleichspannung am Gleichspannungsausgang 172 abgegriffen werden kann. The transmitted PWM alternating voltage is further rectified in the rectifier 126, which is connected on the input side to the HF transformer 124 and on the output side to the output filter device 128, so that after filtering or smoothing in the output filter device 128, which is connected on the input side to the rectifier 126 and is connected on the output side to the DC voltage output 172, a DC voltage can be tapped at the DC voltage output 172.
Hinsichtlich einer umfassenderen Steuerung und/oder Regelung kann die Steuerungsvorrichtung 114 über eine Verbindung 192 ferner mit Messwerten in Bezug auf die Zwischenkreisspannung versorgt werden, welche ausgangsseitig des geregelten Netzgleichrichters 112 abgeleitet bzw. abgegriffen werden. Zudem können über eine Verbindung 194 ausgangsseitig des Wechselrichters 113 bzw. eingangsseitig des HF- Transformators 124 Strommesswerte der PWM-Wechselspannung im Primärkreis abgegriffen werden und der Steuerungsvorrichtung 114 bereitgestellt werden. With regard to more comprehensive control and/or regulation, the control device 114 can also be supplied via a connection 192 with measured values in relation to the intermediate circuit voltage, which are derived or tapped on the output side of the regulated mains rectifier 112. In addition, current measurement values of the PWM alternating voltage in the primary circuit can be tapped via a connection 194 on the output side of the inverter 113 or on the input side of the HF transformer 124 and provided to the control device 114.
Bezugszeichenliste Reference symbol list
100 Gleichrichtermodul 100 rectifier module
102 Gehäuse 102 housing
104 Abschirmung 104 shielding
106 erster Teilbereich 106 first section
108 zweiter Teilbereich 108 second section
109 Frontseite 109 front
110 Eingangsfiltervorrichtung 110 input filter device
111 AFE-Umrichter 111 AFE inverter
112 geregelter Netzgleichrichter 112 regulated mains rectifier
113 Wechselrichter 113 inverters
114 Steuerungsvorrichtung 114 control device
116 interne Versorgungseinheit 116 internal supply unit
118 Datenschnittstelle 118 data interface
120 Profinet/CANopen-Gateway 120 Profinet/CANopen gateway
122 VSQ-Karte 122 VSQ card
124 Hochfrequenztransformator (HF-Transformator)124 high frequency transformer (HF transformer)
125 AFE-Chokes 125 AFE chokes
126 Gleichrichter 126 rectifiers
128 Ausgangsfiltervorrichtung 128 output filter device
130 Blockdiode 130 block diode
132 Ausgangsmesskarte 132 output measurement card
134 Einhausung 134 enclosure
136 Kühlvorrichtung 136 Cooling device
138 Ventilator 138 fan
140 Kühlluftstrom 140 cooling airflow
142 Netzanschluss 142 power connection
144 Verbindung 144 connection
146 Verbindung 146 connection
148 Verbindung 148 connection
150 Verbindung 150 connection
152 Verbindung 152 connection
154 Verbindung 154 connection
155 Verbindung Gleichstrom-Versorgungsanschluss155 connection DC power supply connection
Verbindung Connection
Anschluss Connection
Verbindung Connection
Verbindung Connection
Verbindung Connection
Minusleitung Negative line
Verbindung Connection
VerbindungConnection
GleichspannungsausgangDC voltage output
Verbindung Connection
VerbindungConnection
KühlvorrichtungsanschlussCooler connection
Verbindung Connection
Verbindung Connection
Steuer- und/oder RegelverbindungControl and/or regulation connection
Steuer- und/oder RegelverbindungControl and/or regulation connection
CAN-Bus CAN bus
Status-LED Status LED
Verbindung Connection
Verbindung Connection

Claims

Patentansprüche Gleichrichtermodul (100) zur Umwandlung einer dreiphasigen Netzeingangsspannung in eine ström- und spannungsgeregelte Ausgangsgleichspannung, wobei das Gleichrichtermodul (100) Folgendes umfasst: einen geregelten Netzgleichrichter (112) zur Erzeugung einerClaims Rectifier module (100) for converting a three-phase mains input voltage into a current and voltage-controlled DC output voltage, the rectifier module (100) comprising: a regulated mains rectifier (112) for generating a
Gleichspannung, insbesondere einer konstanten Zwischenkreisspannung, aus der dreiphasigen Netzeingangsspannung; einen Wechselrichter (113) zur Umwandlung der Gleichspannung in eine pulsweitenmodulierte Wechselspannung; einen Hochfrequenztransformator (124) zur Übertragung der pulsweitenmodulierten Wechselspannung; einen Gleichrichter (126) zur Umwandlung der pulsweitenmodulierten Wechselspannung in eine Ausgangsgleichspannung; eine Steuerungsvorrichtung (114); und eine Kühlvorrichtung (136) zur Bereitstellung eines Kühlmedienstromes, wobei der geregelte Netzgleichrichter (112) eingangsseitig mit einem Netzanschluss (142) und ausgangsseitig mit dem Wechselrichter (113) verbunden ist, wobei der Wechselrichter (113) eingangsseitig mit dem geregelten Netzgleichrichter (112) und ausgangsseitig mit dem Hochfrequenztransformator (124) verbunden ist, wobei der Hochfrequenztransformator (124) eingangsseitig mit dem Wechselrichter (113) und ausgangsseitig mit dem Gleichrichter (126) verbunden ist, wobei der Gleichrichter (126) eingangsseitig mit dem Hochfrequenztransformator (124) verbunden und ausgangsseitig mit einer Elektrode, insbesondere einer Anode, verbindbar ist. Gleichrichtermodul (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der geregelte Netzgleichrichter (112) ein Active Front End ist oder als Active Front End ausgebildet ist. Gleichrichtermodul (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (136) ein Ventilator (138) zur Bereitstellung eines Kühlluftstromes (140) ist und dass der Ventilator (138) zur Luftkühlung den Hochfrequenztransformator (124) und/oder den Gleichrichter (126) anströmt. Gleichrichtermodul (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenztransformator (124) mindestens gegenüber dem geregelten Netzgleichrichter (112), dem Wechselrichter (113) und der Steuerungsvorrichtung (114) abgeschirmt ist. Gleichrichtermodul (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichrichtermodul (100) eine Eingangsfiltervorrichtung (110), insbesondere eine LCL-Filtervorrichtung, umfasst, welche eingangsseitig mit dem Netzanschluss (142) verbindbar und ausgangsseitig mit dem geregelten Netzgleichrichter (112) verbunden ist und welche so eingerichtet ist, dass sie Strom- und/oder Spannungsmesswerte der dreiphasigen Netzeingangsspannung an die Steuerungsvorrichtung (114) überträgt. Gleichrichtermodul (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichrichtermodul (100) eine Ausgangsfiltervorrichtung (128) umfasst, welche eingangsseitig mit dem Gleichrichter verbunden und ausgangsseitig mit der Elektrode verbindbar ist und welche so eingerichtet ist, dass sie Strom- und/oder Spannungsmesswerte der Ausgangsgleichspannung an die Steuerungsvorrichtung (114) überträgt. Gleichrichtermodul (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichrichtermodul (100) eine Datenschnittstelle (118) aufweist, mittels welcher Daten zwischen der Steuerungsvorrichtung (114) des Gleichrichtermoduls (100) und einem externen Netzwerk austauschbar sind. Gleichrichtermodul (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenschnittstelle (118) ein Profinet/CANopen-Gateway (120) oder eine Ethernet- I P-Schnittstelle umfasst oder als Profinet/CANopen-Gateway (120) oder als Ethernet-IP-Schnittstelle ausgebildet ist. Gleichrichtermodul (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (114) den geregelten NetzgleichrichterDC voltage, in particular a constant intermediate circuit voltage, from the three-phase mains input voltage; an inverter (113) for converting the direct voltage into a pulse width modulated alternating voltage; a high-frequency transformer (124) for transmitting the pulse width modulated alternating voltage; a rectifier (126) for converting the pulse width modulated AC voltage into a DC output voltage; a control device (114); and a cooling device (136) for providing a cooling medium flow, the regulated mains rectifier (112) being connected on the input side to a mains connection (142) and on the output side to the inverter (113), the inverter (113) being connected on the input side to the regulated mains rectifier (112). and is connected on the output side to the high-frequency transformer (124), the high-frequency transformer (124) being connected on the input side to the inverter (113) and on the output side to the rectifier (126), the rectifier (126) being connected to the high-frequency transformer (124) on the input side and can be connected on the output side to an electrode, in particular an anode. Rectifier module (100) according to claim 1, characterized in that the regulated mains rectifier (112) is an active front end or is designed as an active front end. Rectifier module (100) according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling device (136) is a fan (138) for providing a cooling air flow (140) and that the fan (138) for air cooling uses the high-frequency transformer (124) and/or the Rectifier (126) flows. Rectifier module (100) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the high-frequency transformer (124) is shielded at least from the regulated grid rectifier (112), the inverter (113) and the control device (114). Rectifier module (100) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rectifier module (100) comprises an input filter device (110), in particular an LCL filter device, which can be connected to the mains connection (142) on the input side and to the regulated mains rectifier on the output side (112) is connected and which is set up so that it transmits current and / or voltage measurement values of the three-phase mains input voltage to the control device (114). Rectifier module (100) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rectifier module (100) comprises an output filter device (128), which is connected to the rectifier on the input side and connectable to the electrode on the output side and which is set up so that it receives current - and/or transmits measured voltage values of the output direct voltage to the control device (114). Rectifier module (100) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the rectifier module (100) has a data interface (118) by means of which data can be exchanged between the control device (114) of the rectifier module (100) and an external network. Rectifier module (100) according to claim 7, characterized in that the data interface (118) comprises a Profinet/CANopen gateway (120) or an Ethernet IP interface or as a Profinet/CANopen gateway (120) or as an Ethernet IP -Interface is designed. Rectifier module (100) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the control device (114) is the regulated mains rectifier
(112) und/oder den Wechselrichter (113) und/oder der Kühlvorrichtung (136) steuert und/oder regelt, insbesondere mittels Pulsweitenmodulation (PWM). Gleichrichtermodul (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (114) dazu auslegt ist, die Temperatur an einer oder mehreren Stellen des Gleichrichtermoduls (100) zu überwachen, insbesondere die Temperatur der Kühlvorrichtung (136), des geregelten Netzgleichrichters (112), des Wechselrichters (113) und des Hochfrequenztransformators (124). Gleichrichtermodul (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (114) und/oder die Datenschnittstelle (118) mit einem Gleichstrom-Versorgungsanschluss (156) verbunden sind. Gleichrichtermodul (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der geregelte Netzgleichrichter (112) und/oder der Wechselrichter(112) and/or the inverter (113) and/or the cooling device (136) controls and/or regulates, in particular by means of pulse width modulation (PWM). Rectifier module (100) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the control device (114) is designed to monitor the temperature at one or more points of the rectifier module (100), in particular the temperature of the cooling device (136), of the regulated mains rectifier (112), the inverter (113) and the high-frequency transformer (124). Rectifier module (100) according to one of claims 7 to 10, characterized in that the control device (114) and/or the data interface (118) are connected to a direct current supply connection (156). Rectifier module (100) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the regulated grid rectifier (112) and / or the inverter
(113) einen oder mehrere Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) auf Basis von Siliziumcarbid (SiC) umfassen. Gleichrichtermodul (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltfrequenz des geregelten Netzgleichrichters (112) und/oder des Wechselrichters (113) mindestens 40 kHz beträgt. Gleichrichtermodul (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichrichtermodul (100) eine interne Versorgungseinheit (116) zur Erzeugung und Bereitstellung einer internen Hilfsspannung für die Steuerungsvorrichtung (114) umfasst, welche eingangsseitig mit dem Netzanschluss verbunden und ausgangsseitig mit der Steuerungsvorrichtung (114) verbunden ist. Gleichrichtermodul (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirkungsgrad des Gleichrichtermoduls (100) bis zu 97 % beträgt und/oder im Bereich von 20 % bis 100 % Ausgangsleistung der Leistungsfaktor des Gleichrichtermoduls (100) 0,99 bis 1,0 beträgt. (113) comprise one or more metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFET) based on silicon carbide (SiC). Rectifier module (100) according to one of claims 1 to 12, characterized in that the switching frequency of the regulated mains rectifier (112) and/or the inverter (113) is at least 40 kHz. Rectifier module (100) according to one of claims 1 to 12, characterized in that the rectifier module (100) comprises an internal supply unit (116) for generating and providing an internal auxiliary voltage for the control device (114), which is connected to the mains connection on the input side and on the output side is connected to the control device (114). Rectifier module (100) according to one of claims 1 to 14, characterized in that the efficiency of the rectifier module (100) is up to 97% is and/or in the range from 20% to 100% output power the power factor of the rectifier module (100) is 0.99 to 1.0.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200177092A1 (en) * 2018-11-30 2020-06-04 Teco-Westinghouse Motor Company High Frequency Medium Voltage Drive System For High Speed Machine Applications
DE102020201562A1 (en) * 2020-02-07 2021-08-12 Dürr Systems Ag Power conversion unit and coating system
CN113992015A (en) * 2021-09-29 2022-01-28 株洲中车时代电气股份有限公司 Integrated auxiliary converter with high power density
US20220123660A1 (en) * 2020-10-20 2022-04-21 Delta Electronics (Shanghai) Co.,Ltd. Power supply system for supplying power to network device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10356514A1 (en) 2003-12-03 2005-07-14 Siemens Ag Power supply means
EP2568589B1 (en) 2011-09-08 2013-11-13 ABB Technology AG Multilevel converter comprising an active AC-DC converter and a resonant DC-DC converter and a control method for operating a multilevel converter
JP5516999B2 (en) 2011-10-21 2014-06-11 株式会社デンソー Power supply
CN114982114A (en) 2020-04-29 2022-08-30 通用电气公司 Power electronic device building blocks (PEBB) with enhanced power density, reduced size, isolated power ports

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200177092A1 (en) * 2018-11-30 2020-06-04 Teco-Westinghouse Motor Company High Frequency Medium Voltage Drive System For High Speed Machine Applications
DE102020201562A1 (en) * 2020-02-07 2021-08-12 Dürr Systems Ag Power conversion unit and coating system
US20220123660A1 (en) * 2020-10-20 2022-04-21 Delta Electronics (Shanghai) Co.,Ltd. Power supply system for supplying power to network device
CN113992015A (en) * 2021-09-29 2022-01-28 株洲中车时代电气股份有限公司 Integrated auxiliary converter with high power density

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