FRAEGER, Carsten (An der Feuerwehr 12, Hammeln, 31787, DE)
| Ansprüche:
5 1. Schaltungsanordnung zur Speisung eines magnetisch wirkenden, und elektrisch betreibbaren Betriebsmittels, insbesondere einer elektrisch betriebenen Maschine (M) mit zumindest einer Rotor- oder Statorwicklung (L1 ,L2,L3), welche Schaltungsanordnung in zumindest einem ersten Strang (S1 ) aufweist
(a) einen ersten Zweig (Z1 ) eines Frequenzumrichters (WR1 ), ausgebildet und lo arbeitsfähig für/mit einer Schaltfrequenz von nicht höher als 5 kHz, zur
Abgabe eines mit dieser Schaltfrequenz erzeugten Haupt-Wechselstroms wesentlich geringerer Betriebsfrequenz (fi) an eine Wicklung (L1 ) des magnetisch wirkenden Betriebsmittels (M);
(b) einen zweiten Zweig (z1 ) eines anderen Frequenzumrichters (WR2), i5 ausgebildet und arbeitsfähig mit/für eine zweite Schaltfrequenz von oberhalb
5 kHz zur Abgabe eines mit dieser Schaltfrequenz erzeugten Ergänzungs- Wechselstroms an dieselbe Wicklung (L1 ); um in der zumindest einen Wicklung (L1 ) des Betriebsmittels beide Wechselströme (i A (t);iß(t)) der beiden Zweige (Z1 ,z1 ) als Summenstrom zu 20 überlagern, in einem Parallelbetrieb des ersten und zweiten Zweigs (Z1 ,z1 ) der beiden nicht gleichen Umrichter für zumindest den ersten Strang (S1 ) der Schaltungsanordnung.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 , wobei zumindest ein weiterer Strang (S2) 25 der Schaltungsanordnung entsprechend Anspruch 1 aufgebaut ist, zur Speisung einer zweiten Wicklung (L2) des elektrischen Betriebsmittels, insbesondere der Maschine (M).
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, wobei ein dritter Strang (S3) der 30 Schaltungsanordnung aus zwei Zweigen von nicht gleichen Umrichtern vorgesehen ist, um eine dritte Wicklung (L3) des elektrischen Betriebsmittels, insbesondere der Maschine, mit einem dritten überlagerten Wechselstrom zu speisen.
35 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die zwei bzw. drei ersten
Zweige einem ersten Frequenzumrichter (WR1 ) zugeordnet sind, der in seinem Aufbau ausgebildet ist, nur unterhalb von 5 kHz arbeitsfähig zu sein, und von seiner Ansteuerung her ausgebildet ist, nur unterhalb derselben Frequenzgrenze arbeiten zu können.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die zwei bzw. drei zweiten Zweige einem zweiten Frequenzumrichter (WR2) zugeordnet sind, der in seinem Aufbau ausgebildet ist, oberhalb von 5 kHz arbeitsfähig zu sein, und von seiner Ansteuerung her ausgebildet ist, oberhalb derselben Frequenzgrenze arbeiten zu
5 können.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 , wobei der erste und der zweite Zweig jeweils zumindest zwei - in Serie geschaltete - schaltende Leistungshalbleiter (TA1 ,TA2; TB1 ,TB2) aufweist, welche von einem lo Zwischenkreis (U 9 ) speisbar sind, um an ihrer Verbindungsstelle (XA 1 XB) den durch das Schalten erzeugbaren Wechselstrom (i A (t),i B (t)) abzugeben.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 6, wobei in einem Strang (S1 ) jeder Zweig (Z1 ,z1 ) über eine jeweils zugehörige Ausgangswicklung (D1 ,D2) einer dem i5 Strang zugeordneten Drossel (DR) auf die jeweilige Wicklung (L1 ) des
Betriebsmittels, insbesondere als Rotor- oder Statorwicklung (L1 ,L2,L3) einer Maschine arbeitet.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei die
20 Schaltfrequenzen (fA,fß) der beiden Zweige sich um mehr als den Faktor 2 unterscheiden, insbesondere ein Verhältnis der Schaltfrequenzen der beiden Zweige (z1 ,Z1 ) von zwischen 7 und 9 vorgesehen ist.
9. Schaltungsanordnung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die elektrisch 25 betriebene Maschine (M), welche von der Schaltungsanordnung anzusteuern ist, eine Leistung größer 10 kW besitzt; oder die Schaltungsanordnung ausgebildet und arbeitsfähig ist, eine solche Maschine (M) mit einer Nennleistung von oberhalb 10 kW zu betreiben.
30 10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 , wobei der erste Zweig (Z1 ) des einen
Frequenzumrichters (WR1 ) nicht oberhalb von 4 kHz, insbesondere nur unterhalb von im Wesentlichen 3 kHz oder in einem Bereich bei 2 kHz arbeitsfähig ist.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10 oder 1 , wobei der zweite Zweig (z1 ) des 35 anderen Frequenzumrichters (WR2) oberhalb von 10 kHz, insbesondere oberhalb von 15 kHz oder in einem Bereich bei 16 kHz arbeitsfähig ist.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, wobei der Zweig (z1 ) des mit höherer Frequenz arbeitsfähigen Frequenzumrichters, also der "zweite Zweig", angepasst ist, einen entstehenden Rippel im Strom des mit niedrigerer Frequenz arbeitsfähigen "ersten Zweigs" (Z1 ) des anderen Frequenzumrichters (WR1 )
5 zumindest im wesentlichen zu einem gleichmäßiger verlaufenden Wechselstrom-
Istwert zu ergänzen, als abgegebenen Summenstrom des jeweilige Strangs (S1 ).
13. Schaltungsanordnung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der - von dem zumindest einem Strang (S1 ) der Schaltungsanordnung abgegebene lo - Summenstrom aus Haupt-Wechselstrom (JA) und Ergänzungs-Wechselstrom (iß) einen effektiven Stromrippel im Bereich der Frequenz des mit höherer Schaltfrequenz (fe) arbeitenden Zweigs oder Frequenzumrichters (z1 ,WR2) besitzt.
i5 14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 12 oder 13, wobei Pulsmuster zur
Ansteuerung des zweiten Zweiges (z1 ) des anderen Frequenzumrichters so abgestimmt ist, dass ein entstehender Stromripple des vom ersten Zweig (Z1 ) des einen Frequenzumrichters (WR1 ) abgegebenen Haupt-Wechselstroms zumindest weitgehend kompensiert wird bzw. kompensierbar ist.
20
15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, wobei die Schaltfrequenzen ein Verhältnis von 2 π haben, wobei "n" eine ganze Zahl größer Eins ist.
16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, wobei die
25 Schaltfrequenzen der beiden Zweige sich im Wesentlichen um den Faktor 2 unterscheiden.
17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, wobei die Leistung oberhalb von 30 kW liegt.
30
18. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 , wobei eine Drossel (DR;21 ) zwei gleichsinnig magnetisch gekoppelte Wicklungen (D1 ,D2) aufweist, die elektrisch leitend verbunden sind, um die mit verschiedener Frequenz (fA,fß) erzeugten Ströme, den Haupt- und den Ergänzungs-Wechselstrom (J A J B ) ZU überlagern, so
35 dass der Summenstrom (h(t)) als überlagerter Strom an der
Verbindungsstelle (20) der magnetisch gekoppelten Wicklungen abgebbar ist.
19. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 , wobei der Haupt- und der Ergänzungs- Wechselstrom einer Drossel (DR) mit Anzapfung (20) zuspeisbar sind, um an der Anzapfung (20) den Summenstrom für die zumindest eine Wicklung (L1 ,L2,L3) des Betriebsmittels abzugeben, insbesondere der elektrischen Maschine (M).
20. Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung zur Speisung eines elektrisch betriebenen Betriebsmittels mit zumindest einer Wicklung (L1 ), wie eine Maschine (M) mit zumindest einer Rotor- oder Statorwicklung (L1 ,L2,L3), welche lo Schaltungsanordnung in zumindest einem ersten Strang (S1 ) aufweist
(a) einen ersten Zweig (Z1 ) eines Frequenzumrichters (WR1 ), ausgebildet und arbeitsfähig für/mit Schaltfrequenzen von nicht höher als 5 kHz, wobei ein mit diesen Schaltfrequenzen erzeugter Haupt-Wechselstrom an die zumindest eine Wicklung (L1 ) abgegeben wird; i5 (b) einen zweiten Zweig (z1 ) eines anderen Frequenzumrichters (WR2), ausgebildet und arbeitsfähig mit/für Schaltfrequenzen oberhalb 5 kHz, wobei ein mit diesen Schaltfrequenzen erzeugter Ergänzungs-Wechselstroms an dieselbe Wicklung (L1 ) abgegeben wird.; wobei sich in der zumindest einen Wicklung (L1 ) des elektrisch betriebenen 20 Betriebsmittels beide Wechselströme (iA(t);iß(t)) der beiden Zweige (Z1 ,z1 ) in einem Parallelbetrieb des ersten und zweiten Zweigs (Z1 ,z1 ) der beiden nicht gleichen Frequenzumrichter überlagern, für zumindest den ersten Strang (S1 ) der Schaltungsanordnung.
25 21. Verfahren nach Anspruch 20, mit einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 19, ohne deren jeweiligen Rückbezug auf Anspruch 1 , vielmehr mit ersetzendem Bezug auf Anspruch 20.
21a. Verfahren nach Anspruch 20, wobei eine untere Grenzfrequenz des ersten Zweigs 30 (Z1 ) im Mittel über eine Periode des Haupt-Wechselstroms (iA(t)) zehnmal größer ist, als die Nennfrequenz des Haupt-Wechselstroms.
21 b. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die untere Schaltfrequenz des zweiten
Zweigs (z1 ) oberhalb von 10 KHz liegt, im Mittel über eine Periode des Haupt- 35 Wechselstroms (i A (t)).
22. Ansteueranordnung für eine Schaltungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 19, und zur Regelung oder Steuerung eines Summenstroms (H ), wobei für zumindest einen ersten Strang (S1 )
5 zumindest ein Stromregler (V1 ,V2) für den Strom mit der höheren Schaltfrequenz vorgesehen ist, wobei dem zumindest einen Stromregler (V2) für den Strom mit der höheren Schaltfrequenz eine Differenz zwischen einem Stromsollwert (i so n) für einen ersten lo Strang (S1 ) und einem gemessenen Strom (JA) am
Ausgang des ersten Zweigs (Z1 ) und vor einer Drossel (DR,21 ) als Sollwert zuführbar ist oder zugeführt wird.
i5 23. Ansteueranordnung nach Anspruch 22, wobei ein weiterer Regler (V1 ) für den
Strom mit der geringeren Schaltfrequenz vorgesehen ist, und der weitere Regler (V1 ) für den Strom mit der geringeren Schaltfrequenz (f A ) der Stromsollwert (i so n) für den ersten Strang (S1 ) als Sollwert zuführbar ist; 20 und jeder der beiden Stromregler (V1 ,V2) den Ausgangsstrom (J A J B ) am ihm zugeordneten Zweig (z1 ,Z1 ) eigenständig nach seiner jeweiligen Sollwertvorgabe steuert oder regelt.
24. Ansteueranordnung nach Anspruch 22 oder 23, wobei die beiden Ströme (J A J B ), - 25 gesteuert oder geregelt von dem einen oder den beiden Stromreglern (V1 ,V2) - über eine Drossel (DR;21 ; 21 a, 21 b, 21 c) mit einer Anzapfung (20) zu dem Ausgang (W1 ) des Strangs (S1 ) als der Summenstrom (H) geführt werden.
30
25. Ansteueranordnung für eine Schaltungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 19, zur Regelung oder Steuerung eines Summenstroms (H ), wobei für zumindest einen ersten Strang (S1 ) zwei Stromregler (V1 ,V2) vorgesehen sind, wobei
5 - dem zweiten Stromregler (V2) für einen Strom, der mit der höheren Schaltfrequenz erzeugbar ist, eine Differenz zwischen einem Stromsollwert (i so n) des ersten Strangs (S1 ) und einem gemessenen Strom (JA) am Ausgang des ersten Zweigs (Z1 ) und vor einer Drossel (DR,21 ) als Sollwert lo zuführbar ist; dem ersten Regler (V1 ) für den mit der geringeren Schaltfrequenz (f A ) erzeugbaren Strom der Stromsollwert (i so n) des ersten Strangs (S1 ) als Sollwert zuführbar ist; i5 wobei jeder der beiden Stromregler (V1 ,V2) den Ausgangsstrom (JAJB) des ihm zugeordneten Zweigs (z1 ,Z1 ) eigenständig nach seiner jeweiligen Sollwertvorgabe steuert oder regelt.
26. Anordnung nach Anspruch 25, wobei die beiden Ströme (JAJB), gesteuert oder 20 geregelt von den beiden Stromreglern (V1 ,V2), über die
Drossel (DR;21 ;21 a,21 b,21 c) mit einer Anzapfung (20) zu dem Ausgang (W1 ) des ersten Strangs (S1) als der Summenstrom (H) geführt werden.
27. Anordnung nach Anspruch 26, wobei nach der Drossel (DR) keine die beiden
25 Stromregler beeinflussende Stromerfassung erfolgt, aber der Summenstrom aus beiden Zweigen (z1 ,Z1 ) des ersten Strangs (S1 ) einer von mehreren Betriebsmittel-Wicklungen (L1) zugeführt wird oder zuführbar ist.
28. Anordnung nach Anspruch 7, wobei die Drossel (DR) eine durchgehende 30 gleichsinnige Wicklung mit einer Anzapfung (20) hat.
29. Anordnung nach Anspruch 25 oder Anspruch 1 , wobei eine untere Schaltungsfrequenz des ersten Zweigs (Z1 ), insbesondere im Mittel über eine Periode des Summenstroms (H), oberhalb von im wesentlichen 500 Hz liegt, oder
35 nicht geringer ist, als die zehnfache Nennfrequenz des Summenstroms (H).
30. Schaltungsanordnung zur Speisung eines magnetisch wirkenden, und elektrisch betreibbaren Betriebsmittels und mit einer Ansteueranordnung, welche Schaltungsanordnung in zumindest einem ersten Strang (S1 ) aufweist (a) einen ersten Zweig (Z1 ) eines Frequenzumrichters (WR1 ), 5 ausgebildet und arbeitsfähig für/mit einer Schaltfrequenz von nicht höher als 5 kHz, zur Abgabe eines mit dieser Schaltfrequenz erzeugten Haupt-Wechselstroms wesentlich geringerer Betriebsfrequenz (fi) an eine Wicklung (L1 ) des magnetisch wirkenden Betriebsmittels (M); lo (b) einen zweiten Zweig (z1 ) eines anderen
Frequenzumrichters (WR2), ausgebildet und arbeitsfähig mit/für eine zweite Schaltfrequenz von oberhalb 5 kHz zur Abgabe eines mit dieser Schaltfrequenz erzeugten Ergänzungs-Wechselstroms an dieselbe Wicklung (L1 ); i5 um in der zumindest einen Wicklung (L1 ) des Betriebsmittels beide
Wechselströme (i A (t);iß(t)) der beiden Zweige (Z1 ,z1 ) als ein Summenstrom zu überlagern, in einem Parallelbetrieb des ersten und zweiten Zweigs (Z1 ,z1 ) der beiden nicht gleichen Umrichter für zumindest den ersten Strang (S1 ) der Schaltungsanordnung, 20 und wobei die Ansteueranordnung
(c) zur Regelung oder Steuerung des Summenstroms (H) für zumindest den ersten Strang (S1 ) zumindest einen Stromregler (V1 ,V2) für den Strom mit der höheren Schaltfrequenz aufweist und dem Stromregler (V2) für den Strom 25 mit der höheren Schaltfrequenz eine Differenz zwischen einem
Stromsollwert (i so n) für den ersten Strang (S1 ) und einem gemessenen Strom (i A ) am Ausgang des ersten Zweigs (Z1) zuführbar ist.
30 31. Schaltungsanordnung nach Anspruch 30, wobei zumindest ein weiterer
Strang (S2) der Schaltungsanordnung entsprechend Anspruch 1 aufgebaut ist, zur Speisung einer zweiten Wicklung (L2) des elektrischen Betriebsmittels, insbesondere einer Maschine (M).
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32. Schaltungsanordnung nach Anspruch 30, ausgebildet und geeignet zur Ansteuerung einer elektrisch betriebenen Maschine (M) mit zumindest einer Rotor- oder Statorwicklung (L1 ,L2,L3).
33. Schaltungsanordnung nach Anspruch 30, wobei ein weiterer Regler (V1 ) für den Strom mit der geringeren Schaltfrequenz vorgesehen ist, und dem weiteren Regler (V1 ) für den mit der geringeren Schaltfrequenz (f A ) erzeugbaren Strom der Stromsollwert (i so n) des Strangs (S1 ) als Sollwert zuführbar ist, so dass zumindest zwei Stromregler (V1 ,V2) vorgesehen sind; und jeder der beiden Stromregler (V1 ,V2) den Ausgangsstrom (J A J B ) arn ihm zugeordneten Zweig (z1 ,Z1 ) eigenständig nach seiner jeweiligen Sollwertvorgabe steuert oder regelt.
34. Schaltungsanordnung nach Anspruch 30 oder 33, wobei die beiden Ströme (J A J B ), gesteuert oder geregelt von den beiden Stromreglern (V1 ,V2), über eine Drossel (DR;21 ; 21 a,21 b,21 c) mit einer Anzapfung (20) zu dem Ausgang (W 1 ) des Strangs (S1 ) als der Summenstrom (H) geführt werden.
35. Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung zur Speisung eines elektrisch betriebenen Betriebsmittels mit zumindest einer Wicklung (L1 ), welche Schaltungsanordnung eine Ansteueranordnung und in zumindest einem ersten Strang (S1 ) aufweist
5 (a) einen ersten Zweig (Z1 ) eines Frequenzumrichters (WR1 ), ausgebildet und arbeitsfähig für/mit Schaltfrequenzen von nicht höher als 5 kHz, wobei ein mit diesen Schaltfrequenzen erzeugter Haupt-Wechselstrom (i A (t)) an die zumindest eine Wicklung (L1 ) abgegeben wird;
(b) einen zweiten Zweig (z1 ) eines anderen Frequenzumrichters (WR2), lo ausgebildet und arbeitsfähig mit/für Schaltfrequenzen oberhalb 5 kHz, wobei ein mit diesen Schaltfrequenzen erzeugter Ergänzungs-Wechselstrom (i ß (t)) an dieselbe Wicklung (L1 ) abgegeben wird;
(c) wobei zur Regelung oder Steuerung eines Summenstroms (H ) für zumindest den ersten Strang (S1 ) zumindest ein Stromregler (V1 ,V2) für den mit der i5 höheren Schaltfrequenz erzeugten Strom vorgesehen ist, und dem
Stromregler (V2) für den mit der höheren Schaltfrequenz generierten Strom eine Differenz zwischen einem Stromsollwert (i so n) des ersten Strangs (S1 ) und einem gemessenen Strom (JA) am Ausgang des ersten Zweigs (Z1 ) als Sollwert zugeführt wird;
20 wobei sich in der zumindest einen Wicklung (L1) des elektrisch betriebenen
Betriebsmittels beide Wechselströme (i A (t);iB(t)) der beiden Zweige (Z1 ,z1 ) in einem Parallelbetrieb des ersten und zweiten Zweigs (Z1 ,z1 ) der beiden nicht gleichen Frequenzumrichter überlagern, für zumindest den ersten Strang (S1 ) der Schaltungsanordnung.
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36. Verfahren nach Anspruch 35, wobei die obere Schaltfrequenz des ersten Zweigs (Z1 ) zumindest zehnmal größer ist, als die Betriebsfrequenz oder Nennfrequenz des erzeugten Haupt-Wechselstroms (iA(t)).
30 37. Verfahren nach Anspruch 35, wobei die Wicklung eine Rotor- oder Statorwicklung einer Maschine ist.
38. Verfahren nach Anspruch 35, wobei die Arbeitsfähigkeit des jeweiligen
Wechselrichters oder seines Zweiges seine strukturelle Eigenschaft umschreibt.
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Ansteuerung mit Wechselrichtern bei geringen Schaltverlusten
Die Erfindung befasst sich mit Umrichtern (Wechselrichtern, Puls- oder Frequenz-
Umrichtern) und mit der Ansteuerung von beispielsweise Maschinen; dies als Vorrichtung (Schaltungsanordnung) oder als Verfahren zur Speisung eines solchen magnetisch wirkenden Betriebsmittels im Sinne eines Transformators, eines Motors/Generators (allgemeiner: einer Maschine). Eine Ansteueranordnung betrifft die Regelung oder Steuerung der genannten Schaltungsanordnung.
An elektrisch betriebene Antriebe als Beispiel von "magnetisch wirkenden", elektrisch betreibbaren Betriebsmitteln, werden hohe Anforderungen gestellt, einmal hinsichtlich des Geräuschverhaltens und ein anderes Mal hinsichtlich der Regeldynamik, die von Frequenzumrichtern und Servo-Umrichtern als Wechselrichter ausgeht. Diese stellen einen von einer hohen Schaltfrequenz erzeugten Wechselstrom bereit, der bei Maschinen hoher Leistung, oberhalb von 10 kW bis 30 kW und insbesondere bei durchzugsbelüfteten Motoren, bei einer zu geringen Schaltfrequenz dazu führt, dass störende Geräuschpegel an den Motoren durch die Umrichterspeisung auftreten.
Um diese Geräuschpegel zu vermeiden oder zumindest zu senken, sind die Pulsfrequenzen (=Schaltfrequenzen) der Wechselrichter zu erhöhen, was gleichermaßen auch die Verlustleistung in diesen Wechselrichtern heraufsetzt, wenn sie hohe Lastströme der Maschinen zu schalten haben. Dies bei einer "hohen Schaltfrequenz", die oberhalb von z.B. 8 kHz liegen kann. Werden die Wechselrichter
(Umrichter) mit dieser Frequenz geschaltet, können die Geräuschpegel in vertretbaren Grenzen gehalten werden, zu Lasten einer erhöhten Verlustleistung in den Umrichtern, die jeweils aus mehreren Zweigen bestehen, wobei zumeist bei dreiphasigen Maschinen mit drei magnetisch wirkenden und elektrisch gespeisten Wicklungen auch ein auf diese Wicklungen abgestimmter Umrichter mit drei Phasen Anwendung findet.
Werden hochdynamische Antriebe verwendet, z.B. Linearmotoren oder solche Motoren, die sich auf eine hohe Geschwindigkeit eines vorbeibewegten Bandes oder einer Bahn synchronisieren müssen, ist die hohe Pulsfrequenz nicht nur zur Herabsetzung der Geräuschpegel sinnvoll, sondern auch erforderlich, um eine schnelle Stromregelung dieser hochdynamischen Antriebe (als Vertreter von magnetisch wirkenden Betriebsmitteln) realisieren zu können.
Soll dieses erste oder das zweite oder das gemeinsame Ziel heute erreicht werden, so sind hohe Schaltfrequenzen bei Wechselrichtern unausweichlich, führen dann auch bei hohen Ausgangsströmen zu hohen Schaltfrequenzen und einem hohen Kühlaufwand. Dieser hohe Aufwand entsteht dadurch, dass die Leistungshalbleiter, welche in den Zweigen des Wechselrichters jeweils die hohe Schaltfrequenz erfüllen, den hohen generatorischen oder motorischen Laststrom der Maschine bei der genannten hohen Frequenz zu schalten haben, so dass die Leistungshalbleiter, beispielsweise als Transistoren oder IGBT's, entsprechend dimensioniert und in der Kühlung oder in der Abführung der entstehenden Wärme entsprechend montiert sein müssen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine effektive Schaltfrequenz eines Umrichters oder Wechselrichters für ein "magnetisch wirkendes" Betriebsmittel, beispielsweise eine elektrische Maschine nicht zu reduzieren, aber dennoch eine Reduzierung beim Kühlaufwand zu erreichen, insbesondere auch bei der Ansteuerung des Umrichters. Unter der Reduzierung des Kühlaufwandes möchte man dreierlei Anteile verstehen, einmal die Reduzierung der Entstehung der Wärme, dann die Reduzierung der notwendigen Ableitung der Wärme, beispielsweise durch die Form der Kühlkörper, und zum Dritten eine Reduzierung der zum Ableiten erforderlichen Fläche. Mit anderen Worten ist "der Aufwand zur Kühlung" für ordnungsgemäß angesteuerte und betriebene Leistungshalbleiter im Wechselrichter zu reduzieren. Kann das gemeinsam damit erreicht werden, dass die Schaltfrequenz nicht oder nicht wesentlich herabgesetzt werden muß, um die erzeugten Geräuschpegel an dem Betriebsmittel ebenfalls niedrig zu halten, so ergibt sich eine komplexe Aufgabenstellung, die zu lösen ist.
Gelöst wird diese Problemstellung durch eine Schaltungsanordnung mit zwei unterschiedlich arbeitenden Frequenzumrichtern (=Wechselrichter), die auch selbst physisch völlig unterschiedlich aufgebaut sind (Anspruch 1 ). Ihre Ansteuerung im Sinne einer Regelung/Steuerung ist als Ansteueranordnung umschrieben (Anspruch 22). Diese Ansteueranordnung besitzt zumindest einen Regler. Die vergleichbare Ansteueranordnung (Anspruch 25) besitzt zwei Stromregler, welche die
Schaltungsanordnung (Anspruch 1 ) ansteuern und betreiben können. Eine Kombination aus der Schaltungsanordnung (Anspruch 1 ) mit einer Ansteueranordnung (Anspruch 22, 25) umschreibt Anspruch 30. Ein zugehöriges Arbeitsverfahren hinsichtlich der Angabe der Schaltfrequenzen ist Gegenstand des Anspruchs 35. Ein Arbeitsverfahren für die Angabe der Schaltfrequenzen der beiden physisch unterschiedlichen Zweige nach Anspruch 1 umschreibt Anspruch 20.
Diese übersicht soll zeigen, welche Gegenstände von den Ansprüchen erfasst sind.
Der Unterschied zum Stand der Technik liegt dabei weniger im verwendeten Schaltungskonzept der Umrichter, als in den eingesetzten Leistungshalbleitern und in der eingesetzten Schaltfrequenz, und demzufolge auch in einer für jeden
Frequenzumrichter notwendigen Kühlmaßnahme.
Wenn der Fachmann von einem Frequenzumrichter, kurz: Umrichter, spricht, hat dieser zumindest ein, zwei oder drei Phasen, die jeweils von einem Zweig aus zumindest zwei Halbleitern gebildet werden (Anspruch 6). Ein Wechselrichter für die meist verwendeten dreiphasigen Maschinen (Anspruch 32 oder Anspruch 9) hat drei Stränge oder drei Phasen (Anspruch 3). Ebenso kann ein Transformator mit drei - oder mehr - Wicklungen als elektrisches Betriebsmittel mit magnetischer Wirkung betrieben werden. Die Nennung der zwei Stränge oder drei Stränge (Ansprüche 2 und 3) ist nicht abschließend, es können auch weitere Stränge noch hinzutreten, also vier und mehr
Stränge, wobei jeder Strang einen ersten Zweig und einen zweiten Zweig aufweist und jeder dieser Zweige unterschiedliche Grenz-Betriebsfrequenzen aufweist.
Anspruch 1 umschreibt hier zumindest einen ersten Zweig eines ersten Frequenzumrichters, der nicht oberhalb von 5 kHz arbeitsfähig ist und dazu auch nicht ausgebildet ist, und umschreibt einen zweiten Zweig eines anderen Frequenzumrichters, der gerade dazu ausgebildet und arbeitsfähig ist, oberhalb dieser Frequenzgrenze zu arbeiten, insbesondere weit oberhalb davon (Anspruch 1 , Anspruch 8, Anspruch 15 oder Anspruch 16).
Betrachtet man mehrere Paare dieses einen Zweigpaares aus erstem/zweitem Zweig zusammen (Anspruch 2, Anspruch 3), so entsteht ein mehrphasiger Frequenzumrichter (Anspruch 4, Anspruch 5), einer arbeitsfähig nur unterhalb der genannten Schaltgrenze und einer arbeitsfähig oberhalb der genannten Frequenzgrenze.
Der strukturelle Aufbau zumindest eines Strangs, den Anspruch 1 oder Anspruch 35 umschreibt, ist die Mindestvoraussetzung zur Abgabe eines einphasigen Wechselstroms für eine einphasige Last, beispielsweise eine Einphasen-Maschine, die eine Nennfrequenz aufweist. Der abgegebene Wechselstrom ist in der Lage, zumindest diese Nennfrequenz zu erfüllen (Anspruch 36).
Aufgrund der Ansteuerung kann die Ist-Frequenz des Strangs auch darunter oder darüber liegen, je nach Arbeitspunkt der Maschine. Meist liegt die Nennfrequenz unter
400 Hz. Sie erreicht nicht die Grenz-Schaltfrequenz des ersten Zweigs des ersten Frequenzumrichters (bleibt wesentlich geringer) und nie die des zweiten Zweigs des anderen Frequenzumrichters. Zumindest der Faktor 10 liegt zwischen der Betriebsfrequenz (im Sinne der Nennfrequenz) und der oberen Grenz-Schaltfrequenz des ersten Zweiges bzw. des ersten Umrichters (Anspruch 1 , 20). Dies entspricht auch der Bemessung für eine gegebenenfalls anzugebende untere Grenzfrequenz des langsamer schaltenden Zweigs (Anspruch 29), vorzugsweise oberhalb von 500 Hz, bezogen auf eine gemittelte Schaltfrequenz über ein Periode der Grundwelle des Hauptstroms.
Mit der oberen Grenzfrequenz wird die physische Struktur und der strukturelle Aufbau eines gegenständlichen Wechselrichters umschrieben (Anspruch 1 , 2 und 3). Ein entsprechendes Betriebsverfahren (Anspruch 20) kann dagegen angeben, dass diese Frequenzen tatsächlich auftreten, und zwar im Betrieb. Anspruch 20 umschreibt insoweit das tatsächliche Geschehen eines elektrisch betriebenen Betriebsmittels, das zumindest eine Wicklung aufweist und beispielsweise eine Maschine mit bevorzugt drei Wicklungen im Stator und/oder Rotor ist.
Orientiert man das Betriebsverfahren (Anspruch 20) an den Grenzfrequenzen, also an einer oberen Grenzfrequenz von 5 kHz, welche der erste Zweig nicht überschreitet (als
Repräsentant eines ersten Frequenzumrichters) und einer höheren Schaltfrequenz des zweiten Zweiges (als Repräsentant des anderen Frequenzumrichters), so sind diese genannten Frequenzgrenzen keine solchen, die immer auftreten, wenn die Wechselrichter (Frequenzumrichter) arbeiten. Andererseits aber - im Sinne einer Grenzfrequenz - für den ersten Zweig eine obere Schranke. Für den zweiten Zweig ist im Betriebsverfahren keine obere Grenze vorgegeben, der zweite Zweig ist in der Lage, mit höheren Frequenzen zu schalten, muß aber nicht dauerhaft mit diesen höheren Frequenzen schalten. Es treten also während des Betriebs viele Frequenzen - abhängig vom Arbeitspunkt und von der Last - auf. Beim ersten Zweig sind diese Frequenzen nie oberhalb der ersten Frequenzgrenze. Bei dem zweiten Zweig können sie oberhalb, auch weit oberhalb dieser ersten Frequenzgrenze liegen; es können sich aber auch Schaltfrequenzen einstellen, welche darunter liegen, Hier soll sehr sorgfältig zwischen tatsächlich auftretenden Frequenzen und funktionell vorgegebenen, beanspruchten Frequenzgrenzen unterschieden werden, bezogen auf den Haupt-Wechselstrom und den Ergänzungs-Wechselstrom, welche überlagert zusammen den Summen-
Wechselstrom ergeben.
Eine Ergänzung der einphasigen Betrachtung hin zu einer zweiphasigen Betrachtung (Anspruch 2, Anspruch 4, Anspruch 5) oder hin zu einer dreiphasigen Betrachtung (Anspruch 3, Anspruch 4, Anspruch 5) ist möglich und bildet dabei eigenständige Wechselrichter aus, wobei jeweils die ersten Zweige der einen Arbeitsfrequenz dem einen Wechselrichter zugeordnet sind und die zweiten Zweige der anderen Frequenz dem anderen, nicht gleichen Wechselrichter. Bei einer dreisträngigen Anordnung entstehen zwei eigenständige Wechselrichter für zwei unterschiedliche Grenz- Arbeitsfrequenzen, was die technische Umschreibung der "nicht gleichen" Frequenzumrichter ist. Dies gilt dann auch entsprechend für das Arbeitsverfahren (Anspruch 20, 35).
Umschreibt man untere Grenzfrequenzen für z.B. den langsamer schaltenden Zweig (Anspruch 21a), ist die Angabe gemittelter Frequenzen sinnvoll, zweckmäßig orientiert an der Grundwelle es Haupt- oder Summenstroms. Das gilt auch für eine untere Grenzfrequenz des schneller schaltenden Zweigs (Anspruch 21 b).
Ohne den inneren Aufbau dieser beiden nicht gleichen Wechselrichter (Frequenzumrichter) zu verändern, können die Ausgangsströme der jeweils korrespondierenden Ausgangsklemmen über eine jeweilige Drossel miteinander gekoppelt werden, die eine Anzapfung besitzt, welche den Summenstrom (den überlagerten Strom) aus den unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen der beiden im Parallelbetrieb zusammen geschalteten Zweige abgibt (Anspruch 7, Anspruch 19). Die Drossel verhindert, dass Ströme des einen Zweigs in den anderen Zweig fließen, vielmehr sollen beide Ströme der beiden Zweige über die (magnetische) Kopplung auf die Wicklung beispielsweise des Motors geleitet werden, in der sie sich überlagern
(Anspruch 18).
Je zwei Zweige im Parallelbetrieb zur Bildung eines Strangs summieren die von ihnen erzeugten Ströme, einmal den Haupt-Wechselstrom des niedrig schaltenden Frequenzumrichters und einmal den Ergänzungs-Wechselstrom des höherfrequent arbeitenden Frequenzumrichters, so dass sich in dem von einem Zweig des einen und einem Zweig des anderen Frequenzumrichters gebildeten Summenstrom die Frequenzen überlagern (Anspruch 20). Der Geräuschpegel sinkt. Die thermische Beanspruchung des den Hauptstrom stellenden Umrichters sinkt.
In der Wicklung einer beispielsweise angeschlossenen Maschine entsteht durch die Ansteuerung der beiden Zweige ein Summen-Wechselstrom, der hochfrequenten Ripple aufweist, die der zweite Frequenzumrichter bereitstellt (Anspruch 12). Die
Maschine ist also hinsichtlich des Geräuschpegels minimiert, kann hochdynamisch arbeiten, wobei andererseits die hohen Lastströme mit der nur geringeren Schaltfrequenz zu schalten sind, so dass in diesem Haupt-Frequenzumrichter auch eine entsprechend geringere Verlustleistung entsteht.
Die Zusammenschaltung der unterschiedlichen Frequenzumrichter, respektive zumindest je eines Zweigs dieser beiden nicht gleichen Frequenzumrichter sorgt für die überlagerung dieser unterschiedlich ausgebildeten Ströme und ermöglicht es in der jeweiligen Wicklung der Maschine beide Wechselströme so zu überlagern, dass ein Parallelbetrieb entsteht, der geringe Verlustleistung mit geringer Geräuschentwicklung zu paaren vermag (Anspruch 13).
Die beiden Frequenzen der beiden Zweige der beiden unterschiedlichen Frequenzumrichter können deutlich auseinander liegen, beispielsweise oberhalb des Faktors 2 (Anspruch 8, Anspruch 15), insbesondere im Bereich zwischen siebenfacher und neunfacher Frequenz des "langsam" arbeitenden Zweigs des Frequenzumrichters (Anspruch 8). Das damit betriebene, mit Wicklung versehene Betriebsmittel oder die Eignung und Ausbildung des jeweiligen Frequenzumrichters zum Betreiben einer solchen beispielsweise Maschine liegt oberhalb von 10 kW, insbesondere oberhalb von 30 kW, was mit funktionellen Worten die Größe und die Leistungsfähigkeit der schaltenden Leistungshalbleiter in den Zweigen und deren zugehöriger Beschaltungseinrichtungen umschreibt (Anspruch 9).
Mit anderen Worten sind auch die Umschreibungen der Ausbildung und der Arbeitsfähigkeit eines jeweiligen Zweiges eines Frequenzumrichters und bei
Vervielfachung der Zweige des dann gebildeten Frequenzumrichters aus beispielsweise drei Zweigen so zu verstehen, dass mit der "Ausbildung" die Bauteile und der jeweilige Aufbau der Zweige gemeint sind, also geeignet zur Stromlast und zur Ableitung von Wärme, und mit der "Arbeitsfähigkeit" die Ansteuerung angesprochen ist, die keine Frequenzen oberhalb bzw. unterhalb der genannten Grenze einstellt.
Der Fachmann versteht hierunter eine bestimmte Gattung von Frequenzumrichtern, einmal denjenigen, der nicht oberhalb von höchstens 5 kHz mit seinen Pulsfrequenzen zu arbeiten vermag und ausgebildet ist, einen vom Effektivwert hohen Wechselstrom zu erzeugen, der die wesentlichen Lastanteile des bspw. Motors oberhalb 10 kW übernimmt. Hingegen ist der zweite Frequenzumrichter so ausgebildet, bei einer wesentlich höheren Frequenz zu arbeiten und ist dabei nur so ausgebildet, geringere Lastanteile durch den Ergänzungs-Wechselstrom zu übernehmen.
Das Verhältnis dieser beiden Lasten und die Lastverteilung liegt im Bereich oberhalb von 5, insbesondere oberhalb von 10, gemessen an jeweiligen Effektivwerten der abgegebenen Ströme. In einem Beispiel kann gesagt werden, dass der mit geringerer Frequenz arbeitende Wechselrichter Ströme von bis zu 200 A bereitstellt und der
Ergänzungs-Wechselstrom in der Größenordnung zwischen 20 A und 30 A beträgt.
Eine genauere Unterscheidung der beiden Zweige, des ersten Zweiges für die niedrigere Frequenz und des zweiten Zweiges für die höhere Frequenz, respektive der beiden Wechselrichter oder Umrichter mit mehreren ersten Zweigen und mehreren zweiten Zweigen, kann ebenso gegeben werden (Anspruch 10, Anspruch 1 1 ).
Die oberste Grenzfrequenz des langsamer schaltenden Frequenzumrichters kann auch nach unten verlagert werden, hin zu kleineren oberen Frequenzgrenzen, wie 4 kHz bis herab zu maximal 2 kHz. Der erste Zweig ist dann in seiner Schaltfrequenz stärker begrenzt. Entsprechend kann der zweite Zweig mit noch höherer Frequenz schalten (Anspruch 1 1 ). Dies oberhalb von 5 kHz bis zu 16 kHz. Aufgrund der Kombination des ersten und des zweiten Zweiges (Anspruch 10 und 1 1 gemeinsam) sind alle Kombinationen, die hier genannt werden, auch als offenbart anzusehen, also beispielsweise für den ersten Zweig nicht oberhalb von 4 kHz, und beim zweiten Zweig oberhalb von 15 kHz.
Bei einem Verhältnis der Frequenzen von Faktor 4, also 4 kHz und 16 kHz ergibt sich ein ganzzahliges Vielfaches, das auch auf andere Faktoren erweitert werden kann (Anspruch 15). Dies alles erneut mit der Maßgabe, dass es sich bei der umschriebenen
Schaltungsanordnung um eine solche handelt, welche die Ausbildung und Fähigkeit besitzt, mit den genannten Frequenzen zu arbeiten (zweiter Zweig), oder nicht oberhalb der genannten kleineren Frequenzen arbeitsfähig zu sein (Anspruch 10).
In einem weiteren spezifischen Ausführungsbeispiel ist der Faktor der genannten
Frequenz im Wesentlichen der Faktor 2 (Anspruch 16).
Die Zusammenschaltung der beiden Zweige (Phasen des einen und des anderen Frequenzumrichters) erfolgt über eine insbesondere mitten-angezapfte Drossel (Anspruch 7). Es entsteht ein "Strang" im beanspruchten Sinn, der eine Ausgangsphase eines normalen Umrichters mit den erfindungsgemäßen Vorteilen zu ersetzen vermag. Die Drossel kann als eine auf einem gemeinsamen Kern aufgebrachte Doppelwicklung ausgebildet sein, welche die beiden schaltenden Ausgänge des ersten und zweiten
Zweiges voneinander entkoppelt und beide Ausgangsströme dieser beiden Zweige gemeinsam auf die Motorwicklung führt. Diese wiederum ist bei Wechselstrom- Maschinen mit einer Streuinduktivität und einer Hauptinduktivität abzubilden.
Der von dem "langsamen" Frequenzumrichter erzeugte Stromrippel, der die niedrige
Frequenz aufweist und deshalb relativ groß und deutlich ausgebildet ist, wird durch den Ergänzungs-Wechselstrom kompensiert. Im Motor tritt nur noch der Stromrippel mit der hohen Frequenz in Erscheinung. Die Ergänzung erfolgt so, dass ein zumindest gleichmäßigerer Verlauf des Ist-Wertes des Ausgangsstroms erhalten wird, die Kompensation muß nicht vollständig sein, kann aber in wesentlichen Teilen erfolgen
(Anspruch 12). Der Stromripple (der Wechselanteil auf der Grundwelle des Ausgangs- Wechselstroms) gibt den in der Maschine wirksamen Oberwellenanteil an, wobei die niedrigeren Oberwellen des Haupt-Wechselstroms dort nicht mehr auftreten (Anspruch 13).
Zur Ansteuerung des ersten und zweiten Zweiges wird zumindest ein Stromregler verwendet (Anspruch 22,25). Es entsteht eine Ansteueranordnung. Es kann aber auch ohne Stromregler so gearbeitet werden, dass ein entstehender Stromrippel des langsameren Wechselrichters (mit der niedrigeren Frequenz) durch ein angepasstes Pulsmuster des zweiten Zweigs (des Wechselrichters mit der höheren Frequenz) ausgeglichen, zumindest aber weitgehend kompensiert wird (Anspruch 14).
Bei dem für zwei Zweige, die einen Strang bilden (Anspruch 1 ), vorgesehenen zumindest einen, bevorzugt beiden Stromreglern (Anspruch 25) ist eine Ansteuerung so vorgesehen, dass die Kompensation des niederfrequenten Stromrippeis von der
Reglerseite her vorgegeben wird. Die Regeldifferenz, welche der Haupt-Laststrom noch aufweist, im Vergleich zu der Führungsgröße als sein Stromsollwert, wird als Sollwert auf den Regler des schneller schaltenden Zweiges aufgeschaltet (Anspruch 22). Der Stromregler erhält also nur noch eine Regeldifferenz des ersten Stromreglers, welche Regeldifferenz dieser erste Regler aufgrund der inhärenten Beschränkung der
Schaltfrequenz des ersten Zweigs nicht auszugleichen vermag.
Beide Stromregler (Anspruch 23, 25) bleiben eigenständig, jeder regelt sein Stellglied, als den ersten Zweig (Merkmal (a) des Anspruchs 1 ) und den zweiten Zweig (Merkmal (b) des Anspruchs 1 ). Jeder der Regler hat einen eigenen Sollwert, welche vom Signal her nicht gleich sind.
Bei einem Regler für drei Stränge können bestimmte dieser Regler zusammengefasst werden. Bei einer Feldorientierung kann ein Stromregler vorgesehen sein, der nach einer Transformation aus dem Vektorraum die einzelnen Phasenströme ansteuert, zumindest den Haupt-Laststrom.
Bei der Steuerung des Stroms der beiden Zweige wird nicht der Ausgangsstrom des Strangs gemessen, also nicht der Summenstrom aus beiden Zweigen, sondern der Strom vor der Zusammenführung der Einzelströme der Zweige (Anspruch 26, Anspruch 27).
Eine gleichsinnig gewickelte Drossel, die zwei Wicklungsabschnitte besitzt, welche in gleichem Wicklungssinne auf einem Kern angebracht sind, hat einen Eingang für den Laststrom, der mit der niederen Frequenz erzeugt ist, und einen Eingang für den Ergänzungs-Laststrom, der mit der höheren Frequenz erzeugt wird (Anspruch 18). Eine elektrisch leitende Verbindung der anderen Enden der beiden Wicklungen bildet den
Ausgang für den überlagerten Strom, welcher aus dem Strang als Summenstrom abgegeben wird.
Die so geschaltete, bevorzugt mitten-angezapfte Drossel mit Anzapfung sorgt dafür, dass sich die beiden Zweige eines jeweiligen Strangs nicht gegenseitig im inneren
Maße wesentlich beeinflussen (Anspruch 19).
Die Baugröße der Drossel ist unkritisch. Sie ist an ihrem Zweck orientiert und ist in der Lage, die Höhe des Haupt-Ausgangsstroms des Strangs durchzulassen, und hierbei kaum oder sehr geringe Verluste entstehen zu lassen. Nachdem die Ströme in den beiden Wicklungen aus den beiden ungleichen Zweigen in der Höhe sehr unterschiedlich sind, können die Wicklungen im Querschnitt angepasst sein, müssen es aber nicht.
Es kann eine für den Hauptstrom angepasste Querschnittswahl der Wicklung erfolgen, die dann mitten-angezapft wird, um den Ausgangsanschluss des Strangs zu bilden (Anspruch 7, Anspruch 18, Anspruch 19) und bei der Steueranordnung (Anspruch 26).
Die Regler der Schaltungs-Ansteueranordnung können analog, digital oder programmtechnisch realisiert sein.
Ausführungsbeispiele erläutern und ergänzen die beanspruchte Erfindung. Die Anwendung bei einem elektrisch betriebenen Betriebsmittel mit zumindest einer Wicklung (für eine magnetische Wirkung) erfolgt im Beispiel bei einem Motor.
Figur 1 veranschaulicht einen Strang S1 , der einen ersten Zweig Z1 eines ersten
Wechselrichters WR1 und einen ersten Zweig z1 eines zweiten Wechselrichters WR2 mit den zugehörigen Schaltelementen verdeutlicht. Ebenfalls dargestellt ist die zu versorgende Maschine (bspw. als Motor) mit drei Wicklungen, wobei die beiden dargestellten Zweige Z1 ,z1 den ersten Strang S1 bilden und die erste Wicklung L1 der Maschine M speisen. Nicht dargestellt, aber entsprechend ausgebildet sind auch die anderen beiden Stränge S2,S3, welche die anderen beiden Wicklungen l_2, L3 des bspw. Motors M speisen. Auch hier sind jeweils ein erster und zweiter Zweig vorgesehen.
Figur 2 zeigt eine regelungstechnische Schaltungsanordnung, welche den Strom in den beiden Zweigen Z1 ,z1 von Figur 1 regelt. Dargestellt ist ein Strang bzw. ein jeweiliger Zweig von zwei nicht gleichen Wechselrichtern WR1 , WR2 und eine Ausgangsdrossel 21 sowie der Ausgangsstrom an dem Ausgangsanschluss W1 , der zum Motor M führt. Die Figur 2 kann auch dreifach interpretiert werden, wenn in Feldkoordinaten geregelt wird.
Figur 3 veranschaulicht schematisch einen Ausschnitt aus den beiden Strömen der einzelnen beiden Zweige Z1 ,z1 , um diese Ströme in Drossel DR/21 zu einem Summenstrom zu überlagern.
Figur 4 veranschaulicht den überlagerten Summenstrom h(t), der sich aus den beiden Teilströmen der Figur 3 ergibt, dem Haupt-Wechselstrom und dem Ergänzungs-Wechselstrom.
Figur 5 zeigt ein Prinzipschaltbild mit zwei Wechselrichtern, einem
Wechselrichter WR1 für einen hohen Strom bei niedriger Schaltfrequenz und einen zweiten Wechseltrichter WR2 für einen geringeren Strom bei höherer Schaltfrequenz, wobei die Ausgangsströme der drei jeweils dreiphasigen Wechselrichter über jeweils eine Drossel 21 a,21 b,21 c phasengleich überlagert werden und an drei Ausgangsanschlüssen W1 , W2 und W3 zur Verfügung stehen, um einen Motor mit einer entsprechenden Anzahl von Wicklungen L1 ,L2,L3 (oder den jeweiligen
Eingangsklemmen zu diesen Wicklungen) zugeführt werden zu können, alternativ auch einem Transformator.
Figur 6a, Figur 6b zeigen zeitgetreu untereinander jeweils 20 msec einer ganzen Periode des Stroms J A von Figur 3 und des überlagerten Stroms h(t) von Figur 4. Figur 7a, Figur 7b ist eine jeweilige Vergrößerung der beiden Ströme aus den vorigen
Figuren 6a, 6b.
Die Zusammenschau der Figur 5 und der Figur 1 gibt einen überblick über die Organisation der Pulswechselrichter und das Ansteuerverfahren, mit dem die symbolisch dargestellte Maschine M, im Ausführungsbeispiel ein Motor als hochdynamischer Servomotor gespeist wird.
Die Maschine versteht sich im Sinne eines Motors oder Generators und hat im dargestellten Beispiel der Figur 1 drei Wicklungen, die entweder als Wicklung L1 , l_2 und L3 oder durch ihre Anschlüsse (Eingangsklemmen) repräsentiert sind. Jede Wicklung weist symbolisch eine Induktivität und einen Widerstand auf. Der Motor M ist beispielsweise im Stern geschaltet.
Einer jeweiligen Wicklung wird ein Strom h(t) zugeführt. Die gezeigte Schaltungsanordnung von zwei Wechselrichtern, einem Wechselrichter für höhere Stromwerte und mit Haupt-Leistungsübertragung, wie er als Wechselrichter WR1 in Figur 5 gezeigt ist und eines zweiten Wechselrichters WR2 für geringere Stromwerte bei allerdings höherer Schaltfrequenz soll so umschrieben werden, dass zunächst die übersicht anhand der Figur 5 gegeben wird, um dann nur einen Zweig von jeweils beiden Wechselrichtern zu erklären, die in der Figur 1 zusammengeschaltet sind.
Der Zweig Z1 gehört zum Wechselrichter WR1 und der Zweig z1 gehört zum
Wechselrichter WR2. Ihre Ausgangsklemmen XA bzw. XB werden über eine Drossel 21 , auch DR genannt, zusammengeschaltet und der fließende Strom überlagert, wobei diese Drossel eine Mittenanzapfung 20 besitzt. Die Wicklung ist gleichsinnig auf denselben Kern so gewickelt ist, dass eine Gegenkopplung entsteht und der Strom aus dem ersten Zweig Z1 nicht in den zweiten Zweig z1 fließt, bzw. auch umgekehrt. Der überlagerte Strom h(t) fließt aus der Mittenanzapfung 20 zum Ausgangsanschluss W1 und wird dem Motor an der ersten Wicklung L1 zugeführt.
In entsprechender Weise gilt dies auch für eine Schaltungsanordnung S2, S3 und deren Zweige der beiden Wechselrichter WR1 und WR2 von Figur 5, die aber hier nicht gesondert dargestellt sind, sondern vom Fachmann entsprechend mitgelesen werden.
Die beiden Wechselrichter WR1 und WR2 können entweder über einen
Zwischenkreis ZKR gespeist werden oder sie sind an ein Wechselstromnetz angeschlossen, bevorzugt ist die Variante des gemeinsamen Zwischenkreises mit der Spannung Ug.
Die drei Drosseln 21 a, 21 b und 21 c der drei Stränge von Figur 5 entsprechen der
Drossel 21 von Figur 1 , so dass im Folgenden nur von dieser Drossel DR bzw. 21 gesprochen werden soll, wenn Strang S1 erklärt wird.
Der Wechselrichter (beispielsweise Frequenzumrichter oder andere mit höherer Frequenz schaltende Umrichter), der sich aus den beiden Wechselrichtern WR1 und
WR2 zusammensetzt und von der Klemmenseite W1 ,W2,W3 vom Benutzer aus "gesehen" wird, speist den Motor M. Der eine Wechselrichter WR1 arbeitet mit einer kleinen Schaltfrequenz, z.B. bei 2 kHz und sorgt für die Haupt-Leistungsübertragung zum angeschlossenen Motor M. Der zweite Wechselrichter WR2 arbeitet mit einer hohen Schaltfrequenz, z.B. bei 16 kHz und sorgt dafür, dass der vom ersten
Wechselrichter belassene Stromrippel von 2 kHz kompensiert wird und im Motor nur noch ein Stromrippel mit der höheren Frequenz von beispielsweise 16 kHz in Erscheinung tritt.
Eine weitere Aufgabe kommt dem zweiten Wechselrichter WR2 zu. Sie liegt in der hochdynamischen Stromregelung, die der erste Wechselrichter WR1 aufgrund seiner geringen Schaltfrequenz von unter 5 kHz, beispielsweise auch unter 2 kHz nicht wahrnehmen kann. Die Geschwindigkeiten der Stromrippel einer Erzeugerfrequenz von oberhalb von 5 kHz, beispielsweise oberhalb von 10 kHz, bis hin zu Frequenzen oberhalb von 15 kHz, erreichen die dynamische Stromregelung.
Die beiden Zweige Z1 und z1 jeweils eines der beiden genannten nicht gleichen Wechselrichter, die in unterschiedlichen Frequenzbereichen schalten, werden über die Drossel 21 (oder DR) miteinander verbunden, wobei eine die Mittenanzapfung 20 der Drossel 21 den Ausgangsanschluss W1 (die "Klemme") eines Strangs S1 des Gesamt-
Wechselrichters WR bildet, der aus den beiden Wechselrichtern gemäß Figur 5 gebildet wird. Die beiden Zweige gemäß Figur 1 sind über diese Drossel mit einer Wicklung L1 des Motors verbunden. In dieser Konstellation treten für die hohen Schaltwechsel zur
Leistungsübertragung nur geringe Schaltverluste bei bis zu 2 kHz auf. Schaltverluste entstehen dagegen bei der hohen Schaltfrequenz von oberhalb 5 kHz, sie werden aber durch den kleinen notwendigen Ergänzungsstrom dieses Zweigs z1 bzw. des Wechselrichters WR2 nicht groß werden, was die Komponentenströme der Figur 3 (unten) oder der Summenstrom nach Figur 4 zeigen.
Die Stromregelung dieser hochdynamischen Regelanordnung der beiden genannten Wechselrichter von Figur 5 erfolgt gemäß Figur 2, wobei hier zur Vereinfachung der Erläuterung ein Strang bzw. seine Stromregelung dargestellt ist. Das verbindende Element bildet die Drossel 21 mit ihren beiden Wicklungen D1 ,D2 und ihrem
Ausgang W1 . Die Erklärung zum Strang S1 ist auf die anderen Stränge S2,S3 (oder weitere) übertragen.
Die hochdynamische Regelung des Motorstroms erfolgt durch Vorgabe eines Sollwertes des Stromes i SO ιι(t), welcher dem ersten Stromregler V1 in Figur 2 vorgegeben wird. Er steuert den ersten Wechselrichter WR1 , zumindest einen seiner ersten Zweige, von denen einer in Figur 1 mit Z1 dargestellt ist. Dieser Zweig ist auch A-Zweig genannt, aufgrund der Schaltfrequenz fA, die unterhalb von 5 kHz gelegen ist und in besonderen Anwendungen unterhalb von maximal 3 kHz, insbesondere im Bereich von maximal 2 kHz liegen kann. Der erste Stromregler ist aufgrund dieser
Frequenzbeschränkung nicht in der Lage, dem Stromsollwert so zu folgen, dass der Istwert hochdynamisch nachgeführt wird. Demzufolge erbringt die Strommessung, welche den Istwert als Strom i A (t) misst, einen deutlichen Regelfehler, der in Figur 3 im oberen Bild schraffiert dargestellt ist. Diese Regeldifferenz wird durch Differenzbildung 50 zwischen dem tatsächlich gemessenen Strom i A (t) mit der kleinen
Schaltfrequenz und dem sehr genau vorgegebenen Sollwert i SO ιι(t) ermittelt und bildet einen zweiten Sollwert δi SO ιι(t), welcher dem zweiten Stromregler V2 des zweiten Wechselrichters vorgegeben wird, der den Ergänzungs-Wechselstrom ie(t) liefert und ebenfalls der Drossel 21 zuspeist.
Die Zusammenschaltung bzw. die überlagerung dieser Ströme in der Drossel 21 führt dazu, dass ein Regler V1 die Hauptlast steuert und übernimmt, aber ungenau regelt und der zweite Regler V2 die Ergänzungslast beiträgt, und dabei die Genauigkeit des Summenstroms h(t) sicherstellt.
Beide Stromregler können in üblicher Weise ausgebildet sein, sind hier symbolisch als V1 ,V2 gezeigt, haben auch zumeist Integralanteile, um die Regeldifferenz im stationären Zustand Null zu machen. Jeder Stromregler oder jeder Wechselrichter ist für
sich gegengekoppelt. Jeder regelt "eigenständig". Die entsprechende Regelschleife des Stroms JA und iß ist für jeden Zweig (ersten und zweiten) oder für jeden Wechselrichter WR1 , WR2 vorhanden, nur nicht bildlich in Figur 2 dargestellt. Er entspricht einem gängigen Stromregler der Antriebstechnik, der den Fachmann nicht gesondert erklärt werden muss.
Bereits erwähnt wurde, aber betont werden soll erneut, dass die beiden Frequenzen f A und fe der beiden Wechselrichterzweige Z1 und z1 nicht gleich sind, insbesondere deutlich voneinander abweichen, und in einer einfachen Umschreibung oberhalb bzw. unterhalb einer Grenze von 5 kHz liegen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele von deutlichen Abweichungen sind oberhalb von 10 kHz für den höherfrequent schaltenden Wechselrichter WR2 und maximal 4 oder 3 kHz für den niederfrequenter schaltenden Wechselrichter; die Abstände können aber weiter vergrößert werden, so dass der mit hoher Frequenz schaltende Wechselrichter oberhalb von 10 kHz liegt, insbesondere oberhalb von 15 kHz, hingegen der mit niederer Frequenz schaltende Wechselrichter maximal im Bereich von 2 kHz arbeitsfähig ist und entsprechend ausgebildet ist.
Das Ergebnis der Figur 3 zeigt einen Ausschnitt eines sinusartig ansteigenden
Sollstroms i SO ιι(t), einen mit der niederen Frequenz geschalteten Haupt-Laststrom i A (t) mit einer entsprechenden Regeldifferenz, die schraffiert abgebildet ist. Der zweite Komponentenstrom, der durch die Regelung der Figur 2 und die dort dargestellte Sollwert-Führung δi SO ιι(t) hinzugenommen wird, sorgt für den Ausgleich der starken Regelabweichung und erreicht einen Summenstrom h(t), wie er an der
Mittenanzapfung 20 der Drossel DR/21 oder 21a für die eine Wicklung des Motors M abgegeben werden kann. Dieser "Summenstrom" nach Figur 4 (der überlagerte Strom) ist der eigentliche Ausgangsstrom dieses ersten Stranges S1 , beinhaltend zwei Zweige Z1 ,z1 , und die zugehörige Regelung nach Figur 2. Er wird von einer Last an der Klemme W1 "gesehen". Die Zusammenschaltung der Wechselrichter WR1/WR2 wirkt nach außen so, wie ein in der Schaltfrequenz hoher, leistungsstarker Wechselrichter, der einen geringen Kühlungsaufwand erfordert, gleichwohl hochdynamisch hinsichtlich der Stromregelung arbeiten kann.
Die beschriebene Zusammenschaltung kann so arbeiten, dass zwei käuflich erwerbliche Wechselrichter gemeinsam verwendet werden und in ihrer Sollwertführung und in ihren Ausgangsklemmen entsprechend über Drosseln 21a, 21 b, 21c verschaltet bzw. ergänzt werden.
Es müssen also keine neuen Wechselrichter entworfen und gebaut werden, sondern vorhandene Wechselrichter können eingesetzt werden, entsprechend angepasst und modifiziert nach den hier niedergelegten Ausführungsbeispielen.
Die genauere Beschreibung eines Zweiges eines Wechselrichters braucht hier nicht eingehend zu erfolgen, dazu kann auf den allgemeinen, dem Fachmann bekannten Stand der Technik verwiesen werden. Es soll kurz angerissen werden, dass in Figur 1 ein Zweig des ersten Wechselrichters WR1 einen oberen Schalttransistor TA1 , einen unteren Schalttransistor TA2 und jeweilige Entlastungsdioden besitzt. Die Verbindungen von oberem Emitter und unterem Kollektor ist der Ausgang XA des ersten Zweiges Z1 , der einen Strom abgibt, der mit der Schaltfrequenz f A moduliert ist, welche Schaltfrequenz unter 5 kHz liegt. Dieser Strom i A (t) ist in seiner Grundfrequenz aber deutlich unterhalb dieser Schaltfrequenz, und er entspricht dem Betriebsstrom der Maschine M, der in der Größenordnung bis 50 kHz oder bei dynamischen
Stellvorgängen bis zu 400 Hz liegen kann, aber jedenfalls so deutlich von der oberen Frequenzgrenze f A entfernt, dass diese Frequenz f A jedenfalls in der Lage ist, den Betriebsstrom der Betriebsfrequenz des Motors zumindest annähernd nachzuführen, wie es im Beispiel an der Figur 3 (oberes Bild) gezeigt wird.
Der zweite Zweig z1 des nicht gleichen anderen Wechselrichters ist entsprechend geschaltet, nur mit anderen Typen von Leistungs-Halbleitern TB1 ,TB2, welche in der Lage sind, bei einer Schaltfrequenz f B einen Ergänzungs-Wechselstrom i B (t) abzugeben, dessen Rippel in der Größenordnung der Arbeitsfrequenz dieses Zweiges dieses Wechselrichters entspricht.
Dabei wäre noch zu unterscheiden, die Nenn-Frequenz f 0 der Maschine M oder eines Trafos und die Ist-Frequenz fi der Maschine oder des Trafos, welche der jeweils zugeführte Summenstrom i A (t) als Grundwelle besitzt. Diese Ist-Frequenz ist lastabhängig und betriebsabhängig, die Nenn-Frequenz der Maschine gegeben. Die Ist-
Frequenz fi kann oberhalb und unterhalb der Nenn-Frequenz der Maschine liegen, sie wird aber nicht in den Bereich der maximalen Schaltfrequenz f A des ersten Wechselrichters (der mit geringerer Frequenz schaltet) und schon gar nicht in den Bereich der Schaltfrequenzen fe des zweiten Wechselrichters (der mit der höheren Frequenz schaltet) kommen. Damit sind die Frequenzbereiche, die hier zur Erläuterung verwendet werden und bei denen man zuweilen auch von höher oder niedriger sowie größer oder kleiner spricht, bzw. auch den technischen Begriff der "wesentlichen höheren" Frequenz benutzt, umschrieben und für den Fachmann klar und verständlich.
Wird von einer Beschreibung eines Wechselrichters so ausgegangen, dass er arbeitsfähig und ausgebildet ist, mit Schaltfrequenzen von nicht höher als einer oberen Grenzfrequenz zu arbeiten, beispielsweise 5 kHz oder 4 kHz oder im Bereich von 2 kHz mit Bezug auf den Wechselrichter WR1 bzw. den ihm zugeordneten Zweig Z1 , so soll damit fachmännisch ausgedrückt werden, dass die Leistungshalbleiter für eine solche
Schaltfrequenz ausgewählt sind und die Ansteuerung so aufgebaut und ausgebildet ist, dass sie diese Schaltfrequenz auch nicht überschreitet. Die genaue Bauweise und der genaue Aufbau eines solchen Wechselrichters kann der Fachmann aus diesen funktionellen Angaben entnehmen. Natürlich können für einen solchen Wechselrichter auch Leistungshalbleiter verwendet werden, welche in der Lage sind, höhere
Frequenzen zu schalten, nur wären dieser entsprechend teurer bzw. stärker zu kühlen. Man wählt also fachmännisch gesehen einen solchen Wechselrichter, der preisgünstig ist, mit Halbleitern bestückt ist, die gerade eine Grenzfrequenz zu schalten vermögen und daran angepasst eine Ansteuerung, welche mit zwei Reglern und den internen Pulsmustern der WR1 ,WR2 arbeitet, symbolisch in Figur 2 dargestellt.
Der A-Zweig, welcher dem Zweig Z1 der Figur 1 zugeordnet ist, ist für diese geringe Schaltfrequenz ausgebildet, die aber dennoch deutlich größer ist als die Nennfrequenz der anzuschließenden Maschine M und auch deutlich größer ist, als die für den Betrieb dieser Maschine zuweilen benötigen Ist-Frequenz der zugespeisten Wechselströme, beispielsweise bei hochdynamischen Steuerungsaufgaben oder bei Werkzeugmaschinen oder anderen, hochdynamische Stromregelungen und schnelle Regelvorgänge erfordernden Anwendungen. Solche Anwendungen sind z.B. ein Querschneider (Aufsynchronisierung auf eine Bahngeschwindigkeit) oder Druckmaschinen (bei einem Synchronlauf zu Druckmarken).
Die in Figur 5 gezeigte Alternative der Speisung der beiden Wechselrichter WR1 ,WR2 über entweder ein mehrphasiges Wechselsystem (als beispielsweise Dreiphasennetz) oder einen gemeinsamen Zwischenkreis, ist in der Figur 1 für das Beispiel des Zwischenkreises mit der Zwischenkreis-Spannung Ug dargestellt und aus diesem
Zwischenkreis, der beiden Wechselrichtern WR1 ,WR2 gemeinsam sein kann, werden alle Zweige dieser Wechselrichter gespeist.
Dargestellt in Figur 1 der erste Zweig des ersten Wechselrichters WR1 und ein Zweig des zweiten Wechselrichters WR2, der dieser Phase des zu erzeugenden
Wechselsystems entspricht, im Beispiel demjenigen, welcher der Motorwicklung L1 zugeführt wird. Entsprechend wird L2,L3 gespeist.
Die Begriffe der "Phase" sind hier so zu verstehen, dass es einen Zweig gibt, der im Lastteil des Wechselrichters eine individuelle Einheit bildet und gemeinsam mit einem anderen Zweig des zweiten Wechselrichters ein Strang S1 bildet, der nach außen wie ein neuer Wechselrichter wirkt, bei Blick von der Ausgangsklemme W1. Dieser Strang speist dann die erste Wicklung des Rotors oder Stators der Maschine M. Eine Phase ist sinngemäß dann die an W1 abgegebene Wechselspannung oder der abgegebene Wechselstrom mit der Ist-Frequenz fi, welche Phase bei drei entsprechend ausgebildeten Phasen zu einem Dreiphasen-System zusammenkommt. Um die Verwirrung mit dieser "Phase" zu vermeiden, werden die beiden Zweige der Figur 1 als Strang benannt, die im Parallelbetrieb arbeiten und nicht gleichen Frequenzumrichtern zugehörig sind. Sie werden als erster Strang S1 bezeichnet, dem zugehörig auch noch die Steuerung bzw. Ansteuerung nach Figur 2 zugewiesen ist, um die Stromregelung der beiden von den beiden Zweigen z1 ,Z1 abgegebenen Wechselströme vorzunehmen, und diese in der zwischengeschalteten Drossel DR zu überlagern.
Aus der Funktion der beiden Komponentenströme J A und iß der Figur 3 kann entnommen werden, dass der höherfrequente Stromanteil, welcher der Ergänzungsstrom ist, den entstehenden Stromrippel des ersten Komponentenstroms, der dem Haupt-Wechselstrom entspricht, zu kompensieren vermag. Diese Kompensation muß nicht vollständig sein, sondern kann im wesentlichen dazu führen, dass ein gleichmäßigerer Verlauf des Wechselstrom-Istwertes entsteht, wie er möglichst nahe an dem Sollwert i SO ιι(t) liegt, so dass ein Summenstrom, der auch der überlagerte Strom genannt wird, gemäß Figur 4 entsteht.
Der vom Motor nur noch gesehene Rippel und die zugehörig stark gedämpften
Geräusche werden mit einem geringeren Aufwand erreicht, als wenn ein Haupt- Umrichter der Leistungskategorie des Motors ausgewählt wird, welcher die hohe Schaltfrequenz zu schalten in der Lage ist, also beide Leistungsgrenzen erfüllen muß, den Nennstrom des Motors und die für ein geringes Geräusch und eine hohe Dynamik erforderliche hohe Schaltfrequenz.
Dieser Vergleich zeigt, dass sich Gewichte und Preise von zwei kleineren Umrichtern in Summe gesehen als günstiger ergeben, als Gewicht und Preis eines großen Umrichters mit beiden Grenzwerten bei Strom und Schaltfrequenz. Zusätzlich können bei einer Zusammenführung von zwei nicht gleichen Wechselrichtern Ersparnisse erreicht werden, die durch nur noch eine Steuerelektronik, nur noch eine Netzeinspeisung und ein gemeinsames Gehäuse zutage treten. Weiter kann berücksichtigt werden, dass Optimierungspotentiale durch eine gezielte Auslegung des Leistungsteils des
Wechselrichters WR1 (desjenigen mit der niedrigen Schaltfrequenz) ausgeschöpft werden können. Hier können gezielt kostengünstige Leistungshalbleiter verwendet werden, um einen deutlichen Kosten- und Gewichtsvorteil zu erzielen, aber kein schlechteres Geräuschverhalten und auch keine Einbuße bei der Regeldynamik.
Figur 6a zeigt eine ganze Periode des in Figur 3 nur in einem kurzen Abschnitt symbolisierten Stromverlaufs. Es ist der Strom i A (t), welcher mit der geringen Frequenz des ersten Wechselrichters WR1 bzw. des ersten Zweiges Z1 geschaltet entsteht. Ein relativ großer Stromrippel mit bis zu 25 A ist zu erkennen, bei einer maximalen Schaltfrequenz von etwa 2 kHz, welches dem einen der zuvor beschriebenen
Ausführungsbeispiele entspricht. Die konkreten Werte des Stromverlaufs sind so, dass eine Maschine von einer Nennleistung 55 kW bei einem Nennstrom von 100 A betrieben wurde. Die Frequenz der Grundwelle liegt in der Größenordnung von 35 Hz. Die maximale Schaltfrequenz des leistungsstarken Wechselrichters WR1 ist ohne weiteres zu erkennen. Wird ein hochfrequenter Wechselstrom i B (t) überlagert, der eine
Schaltfrequenz bei 16 kHz hat, ergibt sich als Summen-Ausgangsstrom eines Strangs (für eine Klemme der Maschine M) der Verlauf von Figur 6b. Es sind keine Stromrippel der niedrigen Frequenz mehr zu erkennen, sie werden ausgeglichen durch die Regelung der Figur 2 mit der hochfrequenten Schaltfrequenz des zweiten Wechselrichters WR2 bzw. des zweiten Zweiges z1 , deren Strom über die Drossel 21 dem Haupt-Summenstrom von Figur 6a überlagert wird.
Die Figur 7a zeigt die Vergrößerung der Figur 6a mit größer dargestellter Zeitbasis. In der Figur 7a ist eine Ausschnittsvergrößerung der Figur 6a gezeigt, mit einer Angabe von fünf Perioden zwischen den Zeitpunkten 2,5msec und 5msec. Daraus errechnet sich eine Frequenz des ersten Zweiges Z1 des Wechselrichters WR1 von ca. 2 kHz. Wird der Strom des zweiten, mit höherer Frequenz schaltenden Wechselrichters WR2 und seinem Zweig z1 addiert, und gelangen sie gemeinsam in die Wicklung L1 , so ergibt sich der beruhigte Strom nach Figur 6b, in der Aufschnittsvergrößerung nach Figur 7b. Dieser Strom hat nur noch geringe Rippel, wie insbesondere im Vergleich beim Zeitpunkt 10msec gegenüber der Figur 7a ersehen werden kann. Die vertikalen Achsen sind gleich beziffert, in allen Figuren 6a bis 7b, wobei Figur 6a, 7a den Strom J A und Figur 6b, 7b den Strom h(t) darstellt.
Der Leistungsfluss am Ausgang der zwei Zweige z1 und Z1 hängt von der Einstellung des Wechselrichters WR1 ab (A-Zweig). Ist der WR1 so eingestellt, dass er einen Strom liefert, der immer unter dem Sollwert des Stromes liegt, fließt im WR2 ein Strom, der
immer den Gesamtstrom gegenüber dem Strom des WR1 anhebt, so dass der Sollwert erreicht wird. Dabei wird kein Strom vom WR1 zurückgespeist.
Anders ist die Situation wenn der Strom des WR1 um den Sollwert herum schwankt und damit zeitweise größer als der Sollwert ist, wie mit dem Rippel in Figur 7a gezeigt. In diesem Fall wird zeitweise auch Strom und Leistung in den WR2 zurückgespeist. Die Leistung ist im Mittelwert etwa Null, da ja zeitweise Leistung abgegeben und zeitweise aufgenommen wird.
Ist der WR1 so eingestellt, dass er immer, auch mit dem Rippel, einen zu großen Strom liefert, arbeitet der WR2 immer dagegen an und nimmt Leistung auf.
Da die beiden Wechselrichter vorzugsweise gemäß Figur 1 an einem gemeinsamen Gleichspannungs-Zwischenkreis Ug betrieben werden, wird eine ggf. aufgenommene Leistung eines Zweigs oder Wechselrichters über den Zwischenkreis dem anderen
Zweig oder Wechselrichter wieder zur Verfügung gestellt und damit an die Last gegeben. Diese aufgenommene Leistung ist also nicht verloren, sondern wird nur einmal im Kreis geleitet (über den Zwischenkreis ausgeglichen).
In einem anderen Ausführungsbeispiel braucht keine dynamische Drehzahlregelung oder keine dynamische Momenten-Regelung vorgesehen zu sein. Dann wird der zweite Wechselrichter WR2 synchron zum ersten Wechselrichter WR1 angesteuert. Ein passendes Pulsmuster kann für eine Elimination der Stromrippel mit der geringeren Pulsfrequenz im Motor sorgen.
Bevorzugt ist aber die hochdynamische Regelung des Stroms durch eine Stromstellung, die so aufgebaut wird, wie Figur 2 es erläutert. Das Pulsmuster ergibt sich dabei im zweiten Wechselrichter WR2 von selbst. Das Auffüllen des Rippeis nach Figur 3 (obere Funktion) ist durch die Schaltung und Signalführung erreicht.
Bei Stromreglern wird der Fehler aus der Speisung des ersten Wechselrichters WR1 dem zweiten Wechselrichter als Sollwert vorgegeben, und von diesem durch die höherfrequente Ansteuerung im Stellglied ausgeglichen, wobei der dynamischere Strom als zweite Stromkomponente i B (t) im günstigsten Falle vollständig, zumindest aber im wesentlichen kompensiert wird.
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