Verfahren zum Ansteuern eines Pulswechselrichters

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Pulswechselrichters, bei dem ein Grundsignal mit einer

Grundfrequenz vorgegeben wird. Die Erfindung betrifft

weiterhin eine Verwendung des Verfahrens, eine Steuereinheit sowie ein stationäres oder mobiles System.

Es ist bekannt, dass eine Gleichspannung unter Verwendung eines Pulswechselrichters in eine Wechselspannung umgewandelt werden kann. Wird ein Verbraucher mittels der vom

Pulswechselrichter erzeugten Wechselspannung versorgt, so fließt ein Wechselstrom.

Üblicherweise wird zur Umwandlung der Gleichspannung in eine Wechselspannung der Pulswechselrichter mittels einer

Steuereinheit angesteuert. Insbesondere werden mehrere

Schaltelemente des Pulswechselrichters angesteuert.

Der Steuereinheit wird üblicherweise ein Grundsignal mit einer bestimmten Grundfrequenz vorgegeben. Außerdem wird eine bestimmte Taktfrequenz vorgegeben, welche größer als die Grundfrequenz ist. Die Grundfrequenz wird mittels eines

AbtastSignals , welches die Taktfrequenz aufweist, abgetastet, wobei ein pulsweitenmoduliertes Signal entsteht, mittels welchem der Pulswechselrichter angesteuert wird.

Je höher die Taktfrequenz liegt, desto besser folgt der

Wechselstrom, der aufgrund der von dem Pulswechselrichter erzeugten Wechselspannung fließen kann, der Form des

Grundsignals .

Die von dem Pulswechselrichter erzeugte Wechselspannung kann zum Antreiben eines Elektromotors genutzt werden. Das heißt, dass der zuvor genannte Verbraucher z.B. ein Elektromotor sein kann. Insbesondere kann die erzeugte Wechselspannung den Rotor des Elektromotors in eine Rotation gegenüber dem Stator des Elektromotors versetzen.

Weiter ist es bekannt, dass beim Betreiben des Elektromotors mit einer von einem Pulswechselrichter erzeugten

Wechselspannung durch magnetische Kräfte zwischen dem Rotor und dem Stator so genannte magnetische Geräusche entstehen können. Insbesondere werden durch die magnetischen Kräfte Schwingungen des Elektromotors, insbesondere Schwingungen des Stators und/oder des Gehäuses, angeregt. Diese Schwingungen des Elektromotors bewirken wiederum Schwingungen der Luft, also Geräusche.

Im Falle einer Resonanz des Elektromotors entspricht eine Eigenfrequenz des Elektromotors einem ganzzahligen Vielfachen der Taktfrequenz . Im Falle einer Resonanz bildet sich ein tonales Geräusch mit einem hohen Schalldruckpegel aus, welches vom Menschen als laut und störend empfunden wird.

Üblicherweise wird deshalb eine Taktfrequenz gewählt, die nicht zu einer Resonanz des Elektromotors führt. Doch auch in diesem Fall entsteht ein für den Menschen hörbares tonales Geräusch, welches als störend empfunden wird.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Ansteuern eines Pulswechselrichters anzugeben, sodass ein Antreiben eines Elektromotors mittels einer von dem

Pulswechselrichter erzeugten Wechselspannung zu einer

besseren Geräuschqualität führt.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Ansteuern eines Pulswechselrichters, bei dem ein Grundsignal mit einer Grundfrequenz vorgegeben wird und bei dem erfindungsgemäß eine bestimmte Anzahl von mindestens zwei spezifischen

Taktfrequenzen vorgegeben wird, wobei die Taktfrequenzen jeweils höher als die Grundfrequenz, insbesondere ein

Vielfaches der Grundfrequenz, sind. Erfindungsgemäß wird für mindestens eine Periode des Grund signals eine Taktfrequenzfolge gebildet, wobei in der

Taktfrequenzfolge innerhalb der zumindest einen Periode des Grundsignals sprungartig zwischen zumindest zwei der

spezifischen Taktfrequenzen gewechselt wird. Weiter wird das Grundsignal mittels eines AbtastSignals , welches die

Taktfrequenzfolge durchläuft, abgetastet, wobei ein

pulsweitenmoduliertes Signal generiert wird, mittels welchem der Pulswechselrichter angesteuert wird.

Ein Aspekt der Erfindung ist es, dass eine bessere

Geräuschqualität durch eine geringere Tonalität des Geräuschs erreicht werden kann. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, eine Taktfrequenzfolge derart zu wählen, dass innerhalb einer jeweiligen Periode des Grundsignals zwischen zumindest zwei der vorgegebenen Taktfrequenzen sprungartig gewechselt wird. Auf diese Weise wird eine sprungartige Änderung der Taktfrequenz innerhalb einer jeweiligen Periode der

Grundfrequenz erreicht.

Beim Ansteuern des Pulswechselrichters mittels des

pulsweitenmodulierten Signals, welches unter Verwendung der Frequenzfolge generiert wird, wird vorzugsweise eine

Gleichspannung in eine Wechselspannung umgewandelt. Kurz: Der Pulswechselrichter kann eine Wechselspannung erzeugen.

Wenn ein Verbraucher mittels der vom Pulswechselrichter erzeugten Wechselspannung versorgt wird, dann fließt

zweckmäßigerweise ein Wechselstrom. Beispielsweise kann ein Elektromotor zu dessen Antrieb mittels der vom

Pulswechselrichter erzeugten Wechselspannung versorgt werden.

Das pulsweitenmodulierte Signal beeinflusst so genannte

Oberschwingungen in dem Wechselstrom. Diese Oberschwingungen werden damit von der Taktfrequenzfolge beeinflusst.

Wenn ein Elektromotor mit der von dem Pulswechselrichter erzeugten Wechselspannung angetrieben wird, dann kann mittels des sprungartigen Wechsels zwischen zumindest zwei der spezifischen Taktfrequenzen in der Taktfrequenzfolge

innerhalb einer jeweiligen Periode des Grundsignals

zweckmäßigerweise eine Anregung einer Schwingung des

Elektromotors beeinflusst werden. Auf diese Weise kann die Tonalität des vom Elektromotor erzeugten Geräuschs reduziert werden .

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, spezifische

Taktfrequenzen vorzugeben. Auf diese Weise kann ein gewisser Unterschied zwischen aufeinanderfolgenden Taktfrequenzen sichergestellt werden. Auf diese Weise kann die Tonalität des erzeugten Geräuschs reduziert werden.

Das Grundsignal kann beispielsweise ein Sinussignal sein. Weiter kann das Grundsignal ein moduliertes Sinussignal sein.

Das Abtastsignal kann beispielsweise ein symmetrisches

Dreieckssignal, ein asymmetrisches Dreieckssignal, ein

Sägezahnsignal o.Ä. sein.

Zweckmäßigerweise ist die Taktfrequenzfolge eine

Aufeinanderfolge ganzzahliger Perioden der Taktfrequenzen .

Die Taktfrequenzfolge kann synchron zu der Grundfrequenz getaktet sein. Kurz: Die Taktung kann synchron sein. Als synchrone Taktung kann verstanden werden, dass die Summe der Periodendauern derjenigen Taktfrequenzen, welche innerhalb einer jeweiligen Periode der Grundfrequenz liegen,

vorzugsweise der Periodendauer der Grundfrequenz entspricht. Bei der synchronen Taktung können innerhalb der Perioden der Grundfrequenz die Perioden der Taktfrequenzen jeweils an den gleichen Zeitpunkten relativ zur Periodendauer der

Grundfrequenz beginnen und/oder enden.

Vorzugsweise ist die Taktfrequenzfolge asynchron zu der

Grundfrequenz getaktet. Kurz: Vorzugsweise ist die Taktung asynchron. Als asynchrone Taktung kann verstanden werden, dass die Summe der Periodendauern derjenigen Taktfrequenzen, welche innerhalb einer jeweiligen Periode der Grundfrequenz liegen, sich voneinander unterscheiden können. Bei der asynchronen Taktung kann innerhalb der Perioden der

Grundfrequenz zumindest ein Teil der Perioden der

Taktfrequenzen jeweils an unterschiedlichen Zeitpunkten relativ zur Periodendauer der Grundfrequenz beginnen und/oder enden .

Die Taktfrequenzfolge kann nach einer vorgegebenen Regel gebildet werden. Insbesondere kann die Taktfrequenzfolge als regelmäßige Aufeinanderfolge ganzzahliger Perioden der

Taktfrequenzen gebildet werden.

Insbesondere kann eine Reihenfolge der Taktfrequenzen

vorgegeben werden. Weiter kann für jede Taktfrequenz jeweils eine Anzahl an Perioden vorgegeben werden. Unter Verwendung der regelmäßigen Aufeinanderfolge kann eine synchrone Taktung oder eine asynchrone Taktung durchgeführt werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Taktfrequenzfolge zufällig gebildet. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Taktfrequenzfolge als zufällige

Aufeinanderfolge ganzzahliger Perioden der Taktfrequenzen gebildet wird. Die zufällige Aufeinanderfolge eignet sich besonders gut für eine asynchrone Taktung.

Vorzugsweise wird für jede der Taktfrequenzen ein

Gewichtungsfaktor vorgegeben. Auf diese Weise kann eine

Gewichtung der Taktfrequenzen erreicht werden. Vorzugsweise wird eine Taktfrequenz mit einem höheren Gewichtungsfaktor für die Taktfrequenzfolge mit einer höheren

Wahrscheinlichkeit zufällig ausgewählt als eine Taktfrequenz mit einem geringeren Gewichtungsfaktor.

Es ist vorteilhaft, wenn, insbesondere in der zufälligen Aufeinanderfolge ganzzahliger Perioden der Taktfrequenzen, für jede Taktfrequenz jeweils eine Anzahl an Perioden vorgegeben wird. Auch auf diese Weise ist eine Gewichtung der Taktfrequenzen möglich.

Für die verschiedenen Taktfrequenzen können gleiche und/oder verschiedene Anzahlen an Perioden vorgegeben werden. Wenn zufällig eine erste der Taktfrequenzen gewählt wird, wird zweckmäßigerweise genau die für diese Taktfrequenz

vorgegebene Anzahl an Perioden dieser Taktfrequenz

durchlaufen. Nach der für die jeweilige Taktfrequenz

vorgegebenen Anzahl an Perioden einer ersten zufällig

gewählten Taktfrequenz folgt vorzugsweise die für die

jeweilige Taktfrequenz vorgegebene Anzahl an Perioden einer zweiten zufällig gewählten Taktfrequenz usw.

Die zufällige Wahl der gleichen Taktfrequenz im Anschluss an eine zufällig gewählte erste Taktfrequenz kann zugelassen werden. Auf diese Weise kann eine zweite zufällig gewählte Taktfrequenz , welche sich an eine erste zufällig gewählte Taktfrequenz anschließt, die gleiche sein wie die erste zufällig gewählte Taktfrequenz . Weiter kann sich die zweite zufällig gewählte Taktfrequenz von der ersten zufällig gewählten Taktfrequenz unterscheiden.

Weiter kann die zufällige Wahl der gleichen Taktfrequenz im Anschluss an eine zufällig gewählte erste Taktfrequenz untersagt werden. Auf diese Weise kann es untersagt werden, dass eine zweite zufällig gewählte Taktfrequenz , welche sich an eine erste zufällig gewählte Taktfrequenz anschließt, die gleiche ist wie die erste zufällig gewählte Taktfrequenz .

Beispielsweise kann vorgegeben sein, dass für jede

Taktfrequenz eine einzige Periode vorgegeben ist. Das heißt, nach einer einzigen Periode einer ersten zufällig gewählten Taktfrequenz folgt eine einzige Periode einer zweiten

zufällig gewählten Taktfrequenz usw.

Weiter können beispielsweise für eine erste der

Taktfrequenzen genau zwei Perioden vorgegeben sein. Das heißt, wenn zufällig die erste der Taktfrequenzen gewählt wird, werden genau zwei Perioden dieser ersten Taktfrequenz durchlaufen .

Die Taktfrequenzen können jeweils ein Vielfaches,

insbesondere ein beliebiges, nicht notwendigerweise

ganzzahliges Vielfaches, der Grundfrequenz sein. Insbesondere können die Taktfrequenzen jeweils ein

gebrochenrationalzahliges Vielfaches der Grundfrequenz sein. Mit anderen Worten: Es ist bevorzugt, wenn mehrere Perioden einer jeweiligen Taktfrequenz - insbesondere passgenau oder nicht passgenau - in eine Periode der Grundfrequenz passen. Beispielsweise kann die jeweilige Taktfrequenz zumindest das 2,1-fache der Grundfrequenz sein.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Taktfrequenzen jeweils mindestens das 10,0-fache der

Grundfrequenz. Das heißt, es ist bevorzugt, wenn jeweils mindestens 10 Perioden einer jeweiligen Taktfrequenz in eine Periode der Grundfrequenz passen.

Insbesondere können die Taktfrequenzen jeweils mindestens das 15,0-fache der Grundfrequenz sein. Das heißt., dass jeweils mindestens 15 Perioden einer jeweiligen Taktfrequenz in eine Periode der Grundfrequenz passen können.

Erfindungsgemäß wird eine bestimmte Anzahl von zumindest zwei spezifischen Taktfrequenzen vorgegeben, insbesondere im

Gegensatz zu einem kontinuierlichen Wertebereich. Es ist vorteilhaft, wenn maximal zehn Taktfrequenzen vorgegeben werden. Insbesondere können maximal sieben Taktfrequenzen vorgegeben werden. Es ist besonders bevorzugt, wenn maximal fünf Taktfrequenzen vorgegeben werden.

Beispielsweise können genau drei Taktfrequenzen vorgegeben werden. Weiter können z.B. genau zwei Taktfrequenzen

vorgegeben werden. Insbesondere mit einer größeren Anzahl an Taktfrequenzen kann die Tonalität besonders stark verringert werden.

Es ist zweckmäßig, wenn die Taktfrequenzen untereinander zumindest einen vorgegebenen Mindestabstand aufweisen.

Es ist vorteilhaft, wenn die Taktfrequenzen untereinander einen Abstand von jeweils mindestens 2 Hz aufweisen.

Insbesondere können die Taktfrequenzen untereinander einen Abstand von jeweils mindestens 5 Hz aufweisen. Mit anderen Worten: Der Mindestabstand beträgt vorzugsweise 2 Hz, insbesondere 5 Hz. Auf diese Weise kann die Tonalität

besonders stark reduziert werden. Insbesondere kann mit einem größeren Mindestabstand die Tonalität besonders stark

verringert werden.

Prinzipiell können die Taktfrequenzen einen beliebig großen Abstand aufweisen. Es ist vorteilhaft, wenn die

Taktfrequenzen einen Abstand von jeweils maximal 50 Hz, insbesondere von maximal 20 Hz, aufweisen.

Ferner ist es bevorzugt, wenn die vorgegebenen Taktfrequenzen innerhalb eines Intervalls liegen, welches eine Breite von maximal 100 Hz aufweist. Beispielsweise können die

vorgegebenen Taktfrequenzen innerhalb eines Intervalls liegen, welches eine Breite von maximal 70 Hz aufweist. Es ist besonders bevorzugt, wenn die vorgegebenen Taktfrequenzen innerhalb eines Intervalls liegen, welches eine Breite von maximal 50 Hz aufweist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Taktfrequenzfolge für alle Perioden des Grundsignals

innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls gebildet.

Vorzugsweise wird in der Taktfrequenzfolge jeweils innerhalb einer überwiegenden Anzahl an Perioden des Grundsignals sprungartig zwischen jeweils zumindest zwei der spezifischen Taktfrequenzen gewechselt. Insbesondere kann in der

Taktfrequenzfolge innerhalb jeder der Perioden des Grundsignals jeweils sprungartig zwischen jeweils zumindest zwei der spezifischen Taktfrequenzen gewechselt werden.

Als überwiegende Anzahl können zumindest 50 %, insbesondere zumindest 75 %, besonders bevorzugt zumindest 90 % aufgefasst werden. Weiter kann eine überwiegende Anzahl zumindest 95 % sein .

Ferner ist die Erfindung gerichtet auf eine Verwendung des zuvor genannten Verfahrens und/oder seiner Weiterbildung zum Betreiben eines Elektromotors.

Zweckmäßigerweise wandelt der insbesondere mittels des pulsweitenmodulierten Signals angesteuerte Pulswechselrichter eine Gleichspannung in eine Wechselspannung um. Weiter ist es zweckmäßig, wenn der Elektromotor mittels der vom

Pulswechselrichter erzeugten Wechselspannung betrieben wird.

Auf diese Weise kann eine Tonalität des vom Elektromotor erzeugten Geräuschs reduziert werden.

Es ist vorteilhaft, wenn die vorgegebenen Taktfrequenzen derart gewählt werden, dass die Taktfrequenzfolge keine

Resonanz des Elektromotors anregt.

Der Elektromotor weist üblicherweise zumindest eine

mechanische Eigenfrequenz, auch mechanische Resonanzfrequenz, auf. Wird der Elektromotor mit einer Frequenz, welcher der mechanischen Eigenfrequenz zumindest im Wesentlichen

entspricht, angeregt, wird üblicherweise eine Resonanz des Motors angeregt. Das heißt, dass es in diesem Fall zu einem verstärkten mechanischen Schwingen des Motors kommt. Die mechanischen Schwingungen des Motors können zu Geräuschen, insbesondere zu Luft- und/oder Körperschall, führen.

Diejenigen mechanischen Eigenfrequenzen des Elektromotors, welche zu Geräuschen führen - d.h. Geräusche erzeugen -, sollen im Folgenden als geräuscherzeugende Eigenfrequenzen bezeichnet werden. Es ist vorteilhaft, wenn keine der Taktfrequenzen ein

ganzzahliger Teiler der geräuscherzeugenden Eigenfrequenz des Elektromotors ist. Das heißt., es ist vorteilhaft, wenn keine der zumindest einen geräuscherzeugenden Eigenfrequenzen bei einem geradzahligen Vielfachen einer der Taktfrequenzen liegt. Weiter ist es vorteilhaft, wenn die geräuscherzeugende Eigenfrequenz einen Mindestabstand von einem beliebig

gewählten geradzahligen Vielfachen einer jeweiligen

Taktfrequenz aufweist. Vorzugsweise beträgt der

Mindestabstand von dem geradzahligen Vielfachen einer

jeweiligen Taktfrequenz mindestens 10 %, insbesondere

mindestens 20 %, der jeweiligen Taktfrequenz . Weiter kann der Mindestabstand von dem geradzahligen Vielfachen einer

jeweiligen Taktfrequenz z.B. mindestens 5 %, insbesondere mindestens 10 %, der zumindest einen geräuscherzeugenden Eigenfrequenz betragen.

Insbesondere ist es bevorzugt, wenn keine der Taktfrequenzen ein Teiler der geräuscherzeugenden Eigenfrequenz des

Elektromotors ist. Das heißt., es ist bevorzugt, wenn keine der zumindest einen geräuscherzeugenden Eigenfrequenzen bei einem ganzzahligen Vielfachen einer der Taktfrequenzen liegt. Weiter ist es vorteilhaft, wenn die geräuscherzeugende

Eigenfrequenz einen Mindestabstand von einem beliebig

gewählten ganzzahligen Vielfachen einer jeweiligen

Taktfrequenz aufweist. Vorzugsweise beträgt der

Mindestabstand von dem ganzzahligen Vielfachen einer

jeweiligen Taktfrequenz mindestens 10 %, insbesondere

mindestens 20 %, der jeweiligen Taktfrequenz . Weiter kann der Mindestabstand von dem ganzzahligen Vielfachen einer

jeweiligen Taktfrequenz z.B. mindestens 5 %, insbesondere mindestens 10 %, der zumindest einen geräuscherzeugenden Eigenfrequenz betragen.

Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Taktfrequenzfolge derart gewählt wird, dass die Taktfrequenzfolge keine Resonanz des Elektromotors anregt. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn eine beliebig gewählte Summe mehrerer aufeinanderfolgender Taktfrequenzen der Taktfrequenzfolge sich von der zumindest einen geräuscherzeugenden Eigenfrequenz des Elektromotors unterscheidet. Vorzugsweise unterscheidet sich eine beliebig gewählte Summe mehrerer aufeinanderfolgender Taktfrequenzen der Taktfrequenzfolge von der zumindest einen

geräuscherzeugenden Eigenfrequenz des Elektromotors um mindestens 10 %, insbesondere mindestens 20 %, einer

jeweiligen Taktfrequenz . Weiter kann sich eine beliebig gewählte Summe mehrerer aufeinanderfolgender Taktfrequenzen der Taktfrequenzfolge von der zumindest einen Eigenfrequenz des Elektromotors um mindestens 5 %, insbesondere mindestens 10 %, der zumindest einen geräuscherzeugenden Eigenfrequenz unterscheiden .

Insbesondere kann das Verfahren beim Anfahren des

Elektromotors verwendet werden. Auf diese Weise wird die Qualität des vom Elektromotor abgegebenen Geräuschs beim Anfahren verbessert, wo das Geräusch oftmals als besonders störend empfunden wird. Insbesondere wird auf diese Weise die Tonalität des vom Elektromotor abgegebenen Geräuschs beim Anfahren verbessert.

Als Anfahren eines Elektromotors kann derjenige Bereich angesehen werden, in welchem eine Drehzahl des Elektromotors stark ansteigt. Beispielsweise kann ein Anfahren eines

Elektromotors derjenige Bereich sein, in welchem die Drehzahl auf 10 % oder auf 25 % oder auf 30 % einer vorgegebenen

Zieldrehzahl steigt.

Zweckmäßigerweise ist beim Anfahren die Drehzahl des

Elektromotors geringer als eine Maximaldrehzahl des

Elektromotors .

Beim Anfahren des Elektromotors ist vorzugsweise die

Taktfrequenzfolge asynchron zu der Grundfrequenz getaktet. Der Elektromotor kann ein Elektromotor eines

Schienenfahrzeugs sein.

Beispielsweise kann das Verfahren beim Anfahren des

Elektromotors des Schienenfahrzeugs verwendet werden.

In diesem Fall kann ein Anfahren des Elektromotors derjenige Bereich sein, in welchem das Schienenfahrzeug beschleunigt. Vorzugsweise ist ein Anfahren des Elektromotors derjenige Bereich, in welchem das Schienenfahrzeug auf eine vorgegebene Geschwindigkeit beschleunigt. Beispielsweise kann ein

Anfahren des Elektromotors derjenige Bereich sein, in welchem das Schienenfahrzeug auf eine Geschwindigkeit von maximal 50 km/h, insbesondere auf eine Geschwindigkeit von maximal 30 km/h, beschleunigt.

Auf diese Weise kann eine Tonalität eines beim Beschleunigen des Schienenfahrzeugs erzeugten Geräuschs reduziert werden.

Ferner ist die Erfindung gerichtet auf eine Steuereinheit zum Ansteuern eines Pulswechselrichters unter Verwendung von einem vorgegebenen Grundsignal mit einer Grundfrequenz und von einer bestimmten Anzahl von zumindest zwei spezifisch vorgegeben Taktfrequenzen, wobei die Taktfrequenzen jeweils höher als die Grundfrequenz, insbesondere ein Vielfaches der Grundfrequenz, sind.

Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, für mindestens eine Periode des Grundsignals eine

Taktfrequenzfolge zu bilden, wobei in der Taktfrequenzfolge innerhalb der zumindest einen Periode des Grundsignals sprungartig zwischen zumindest zwei der spezifischen

Taktfrequenzen gewechselt wird. Weiter ist die Steuereinheit derart eingerichtet, das Grundsignal mittels eines

AbtastSignals , welches die Taktfrequenzfolge durchläuft, abzutasten, wobei ein pulsweitenmoduliertes Signal zum

Ansteuern des Pulswechselrichters generiert wird. Die Steuereinheit kann zur Durchführung des zuvor genannten Verfahrens eingesetzt werden.

Die Taktfrequenzfolge kann eine regelmäßige Aufeinanderfolge ganzzahliger Perioden der Taktfrequenzen sein. Auf diese Weise kann der Elektromotor mit einer sich aus der

Taktfrequenzfolge ergebenden Frequenz zur Schwingung angeregt werden. Diese aus der Taktfrequenzfolge ergebende Frequenz ist zweckmäßigerweise niederfrequenter als die einzelnen Taktfrequenzen .

Auf diese Weise kann eine Tonalität eines Geräuschs des angetriebenen Elektromotors reduziert werden.

Es ist vorteilhaft, wenn die Taktfrequenzfolge eine zufällige Aufeinanderfolge ganzzahliger Perioden der Taktfrequenzen ist. Auf diese Weise wird der Elektromotor zweckmäßigerweise nicht periodisch mit einer festen Frequenz zur Schwingung angeregt. Insbesondere kann die zufällige Aufeinanderfolge ganzzahliger Perioden der Taktfrequenzen zu einer über die mehreren Taktfrequenzen gestreuten Anregung zur Schwingung des Elektromotors führen.

Auf diese Weise kann eine Tonalität eines Geräuschs des angetriebenen Elektromotors besonders stark reduziert werden.

Ferner ist die Erfindung gerichtet auf ein stationäres oder mobiles System, insbesondere auf ein Schienenfahrzeug, mit der zuvor genannten Steuereinheit und/oder eine ihrer

Weiterbildungen, einem Pulswechselrichter und einem

Elektromotor .

Zweckmäßigerweise ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, den Pulswechselrichter unter Verwendung des

pulsweitenmodulierten Signals anzusteuern. Weiter ist es zweckmäßig, wenn der Pulswechselrichter dazu eingerichtet ist, im angesteuerten Zustand eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln und die Wechselspannung dem

Elektromotor zu dessen Antrieb zuzuführen.

Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter

Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen abhängigen Ansprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammengefasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Verwendung, der

erfindungsgemäßen Steuereinheit und dem erfindungsgemäßen stationären oder mobilen System kombinierbar. So sind

Verfahrensmerkmale auch als Eigenschaft der entsprechenden Vorrichtungseinheit gegenständlich formuliert zu sehen und umgekehrt .

Auch wenn in der Beschreibung bzw. in den Patentansprüchen einige Begriffe jeweils im Singular oder in Verbindung mit einem Zahlwort verwendet werden, soll der Umfang der

Erfindung für diese Begriffe nicht auf den Singular oder das jeweilige Zahlwort eingeschränkt sein.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im

Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der

Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die darin angegebene Kombination von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen

Ergänzung eingebracht und mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden. Es zeigen:

FIG 1 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines

Verfahrens zum Ansteuern eines Pulswechselrichters,

FIG 2 ein Diagramm, in welchem beispielhaft ein

Grundsignal, ein Abtastsignal und ein

pulsweitenmoduliertes Signal dargestellt sind, wobei mittels des pulsweitenmodulierten Signals ein Pulswechselrichter angesteuert wird,

FIG 3 Schienenfahrzeug mit einer Steuereinheit zur

Durchführung des Verfahrens gemäß FIG 1, einem Pulswechselrichter und einem Elektromotor,

FIG 4 ein Diagramm, welches die Schalldruckleistung in

Abhängigkeit der Frequenz beim Anfahren des

Elektromotors aus FIG 3 zeigt, wobei das Verfahren gemäß FIG 1 mit einer regelmäßigen Aufeinanderfolge ganzzahliger Perioden der Taktfrequenzen durchgeführt wurde,

FIG 5 ein anderes Diagramm, welches die

Schalldruckleistung in Abhängigkeit der Frequenz beim Anfahren des Elektromotors aus FIG 3 zeigt, wobei das Verfahren gemäß FIG 1 mit einer zufälligen Aufeinanderfolge ganzzahliger Perioden der Taktfrequenzen durchgeführt wurde, und

FIG 6 ein weiteres Diagramm, welches die

Schalldruckleistung in Abhängigkeit der Frequenz beim Anfahren eines Elektromotors eines anderen Schienenfahrzeugs zeigt, wobei ein Verfahren nach dem Stand der Technik zum Ansteuern eines Pulswechselrichters verwendet wurde.

FIG 1 zeigt ein Flussdiagramm 2 zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Ansteuern eines Pulswechselrichters.

Bei dem Verfahren wird ein Grundsignal 4 mit einer

Grundfrequenz f _c vorgegeben. Außerdem wird eine bestimmte Anzahl von mindestens zwei spezifischen Taktfrequenzen ίt vorgegeben. Beispielsweise können genau drei oder genau fünf spezifische Taktfrequenzen ίt vorgegeben werden. Die

Taktfrequenzen ίt sind jeweils gebrochenrationalzahlige

Vielfache der Grundfrequenz fc.

Für mindestens eine Periode des Grundsignals 4 wird eine Taktfrequenzfolge 6 gebildet. In der Taktfrequenzfolge 6 wird innerhalb der zumindest einen Periode des Grundsignals 4 sprungartig zwischen zumindest zwei der spezifischen

Taktfrequenzen ίt gewechselt.

Die Taktfrequenzfolge 6 kann für alle Perioden des

Grundsignals 4 innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls gebildet werden. Vorzugsweise wird in der Taktfrequenzfolge 6 jeweils innerhalb einer überwiegenden Anzahl an Perioden des Grundsignals 4 sprungartig zwischen jeweils zumindest zwei der spezifischen Taktfrequenzen ίt gewechselt. Insbesondere kann in der Taktfrequenzfolge 6 innerhalb jeder der Perioden des Grundsignals 4 jeweils sprungartig zwischen jeweils zumindest zwei der spezifischen Taktfrequenzen ίt gewechselt werden .

Weiter wird das Grundsignal 4 mittels eines AbtastSignals 8, welches die Taktfrequenzfolge 6 durchläuft, abgetastet, wobei ein pulsweitenmoduliertes Signal 10 generiert wird. Der

Pulswechselrichter wird mittels dem pulsweitenmoduliertem Signal 10 angesteuert.

FIG 2 zeigt ein Diagramm 12. Auf der x-Achse 14 des Diagramms 12 ist die Zeit t aufgetragen. Weiter ist auf der y-Achse 16 des Diagramms 12 die Spannung U aufgetragen.

Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel aus FIG 1, auf das bezüglich gleichbleibender Merkmale und Funktionen verwiesen wird. Im Wesentlichen gleichbleibende Elemente werden grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen

bezeichnet und nicht erwähnte Merkmale sind in das folgende Ausführungsbeispiel übernommen, ohne dass sie erneut

beschrieben sind.

In dem Diagramm 12 in FIG 2 ist ein Grundsignal 4,

insbesondere eine Periode des Grundsignals 4, dargestellt.

Die Grundfrequenz fc des Grundsignal 4 beträgt in diesem Beispiel 30 Hz .

Außerdem ist in dem Diagramm 12 in FIG 2 ein Abtastsignal 8 dargestellt, welches eine beispielhafte Taktfrequenzfolge 6 durchläuft .

In diesem Beispiel sind drei Taktfrequenzen ίt, nämlich fn, f _T 2 und ft ₃ , vorgegeben.

Die Taktfrequenzfolge 6 wurde in diesem Beispiel nach einer vorgegebenen Regel, insbesondere als regelmäßige

Aufeinanderfolge ganzzahliger Perioden der Taktfrequenzen ίt, gebildet. Es wurde sowohl eine Reihenfolge der Taktfrequenzen ίt wie auch für jede Taktfrequenz ίt jeweils eine Anzahl an Perioden vorgegeben.

Die Taktfrequenzen ίt betragen in diesem Beispiel 400 Hz,

500 Hz und 600 Hz. Das heißt, die Taktfrequenzen wurden beispielhaft wie folgt gewählt:

fn = 400 Hz

ft2 = 500 Hz

ft ₃ = 600 Hz

Auf diese Weise sind die Taktfrequenzen ίt beispielhaft mindestens das 13,3-fache der Grundfrequenz fc.

Die Taktfrequenzfolge 6 wird in diesem Beispiel zumindest für die eine dargestellte Periode des Grundsignals 4 gebildet.

Die Taktfrequenzfolge kann beispielsweise für eine Vielzahl aufeinanderfolgender Perioden des Grundsignals 4 gebildet werden .

In diesem Beispiel lautet die Taktfrequenzfolge 6 wie folgt: Eine Periode fn, eine Periode ίt2, eine Periode ίt3, dann Wiederholung von vorn, bis die zumindest eine Periode des Grundsignals 4 abgelaufen ist.

Ferner ist im Diagramm 12 in FIG 2 ein pulsweitenmoduliertes Signal 10 (mittels einer gestrichelten Linie) dargestellt.

Das pulsweitenmodulierte Signal 10 wurde gemäß dem in FIG 1 beschriebenen Verfahren generiert. Das heißt., wenn das dargestellte Grundsignal 4 mittels des dargestellten

AbtastSignals 8 abgetastet wird, dann wird das dargestellte pulsweitenmodulierte Signal 10 generiert.

Mittels dem pulsweitenmoduliertem Signal 10 wird ein

Pulswechselrichter angesteuert. Insbesondere wird mittels dem pulsweitenmoduliertem Signal 10 ein Schaltelement des

Pulswechselrichters angesteuert. Die Schaltzustände des Schaltelements folgen zweckmäßigerweise dem

pulsweitenmodulierten Signal 10.

FIG 3 zeigt ein Schienenfahrzeug 18 mit einer Steuereinheit 20. Die Steuereinheit 20 ist zur Durchführung des in FIG 1 beschriebenen Verfahrens zum Ansteuern eines

Pulswechselrichters 22 eingerichtet. Das Schienenfahrzeug 18 umfasst außerdem ein Traktions-Antriebssystem mit einen Pulswechselrichter 22 und einen Elektromotor 24.

Die Steuereinheit 20 steuert den Pulswechselrichter 22 unter Verwendung des pulsweitenmodulierten Signals 10 (vgl. FIG 1) zumindest zeitweise an.

Der Pulswechselrichter 22 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einer Oberleitung 26 verbunden, welche eine

Gleichspannung führt. In diesem Beispiel wird das

Schienenfahrzeug 18 direkt mit einer Gleichspannung

betrieben .

Der Pulswechselrichter 22 wandelt im angesteuerten Zustand die Gleichspannung in eine Wechselspannung um. Außerdem führt der Pulswechselrichter 22 die Wechselspannung dem

Elektromotor 24, dessen Antrieb, zu. Auf diese Weise wird das Schienenfahrzeug 18 angetrieben.

Prinzipiell könnte das Schienenfahrzeug 18 auch mit einer Eingangs-Wechselspannung betrieben werden, wobei die

Eingangs-Wechselspannung mittels eines DC-Zwischenkreises , insbesondere mittels eines Trafos und eines Gleichrichters, in eine Gleichspannung umgewandelt wird. Diese Gleichspannung wird dann dem Pulswechselrichter zugeführt.

FIG 4 zeigt ein Diagramm 28, in welchem ein Schalldruckpegel SPL (sound pressure level) in Abhängigkeit einer Frequenz fs des Schalls beim Anfahren des Elektromotors 24 aus FIG 3 dargestellt ist. Auf der x-Achse 30 des Diagramms 28 ist somit die Frequenz fs des Schalls beim Anfahren des

Elektromotors 24 aus FIG 3 aufgetragen. Weiter ist auf der y- Achse 32 der Schalldruckpegel SPL aufgetragen. Das Diagramm 28 kann unter Verwendung einer Fourier-Transformation aus der Schallleistung des Elektromotors 24 gewonnen werden.

Beim Anfahren des Elektromotors 24 aus FIG 3 wird das

Verfahren gemäß FIG 1 mit einer regelmäßigen Aufeinanderfolge ganzzahliger Perioden der Taktfrequenzen ίt durchgeführt. Das heißt, die Taktfrequenzfolge 6 wurde nach einer vorgegebenen Regel, insbesondere als regelmäßige Aufeinanderfolge

ganzzahliger Perioden der Taktfrequenzen ίt, gebildet.

In diesem Beispiel sind drei Taktfrequenzen ίt, nämlich fn, f _T 2 und ft ₃ , vorgegeben. Es wird sowohl eine Reihenfolge der Taktfrequenzen ίt wie auch für jede Taktfrequenz ίt jeweils eine Anzahl an Perioden vorgegeben .

Die Taktfrequenzfolge 6 wird in diesem Beispiel für alle Perioden des Grundsignals 4 innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls gebildet. Beispielsweise wird die

Taktfrequenzfolge 6 beim Beschleunigen des Schienenfahrzeugs 18 bis zu einer Geschwindigkeit von 30 km/h für alle Perioden des Grundsignals 4 gebildet.

In diesem Beispiel lautet die Taktfrequenzfolge 6 wie folgt: Zwei Perioden fn, zwei Perioden ίt2, zwei Perioden ίt3, dann Wiederholung von vorn, bis das vorgegebene Zeitintervall abgelaufen ist, beispielsweise bis die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs 30 km/h überschreitet.

Auf diese Weise kann eine Anregung einer Schwingung des Elektromotors 24 beeinflusst werden.

In diesem Beispiel wird der Elektromotor 24 mit einer sich aus der Taktfrequenzfolge 6 ergebenden Frequenz zur

Schwingung angeregt. Diese aus der Taktfrequenzfolge 6 ergebende Frequenz ist niederfrequenter als die einzelnen Taktfrequenzen ίt.

Das Diagramm 28 in FIG 3 wurde mit folgenden Taktfrequenzen aufgenommen: Die Taktfrequenz fn betrug 480 Hz. Die zweite Taktfrequenz ίt2 betrug 500 Hz. Außerdem betrug die dritte Taktfrequenz ίt3 520 Hz. Die Taktfrequenzen ίt haben damit untereinander einen Abstand von jeweils 20 Hz. Die

Taktfrequenzen ίt liegen innerhalb eines Intervalls mit einer Breite von 40 Hz.

Die Grundfrequenz fc betrug in diesem Beispiel 20 Hz. Damit beträgt die Taktfrequenz fn das 24,0-fache der Grundfrequenz fc, die Taktfrequenz ίt2 das 25,0-fache der Grundfrequenz fc und f _T3 das 26,0-fache der Grundfrequenz fc. Die Taktfrequenzen ίt sind derart gewählt, dass die Taktfrequenzfolge 6 keine Resonanz des Elektromotors 24 anregt .

Der Elektromotor 24 weist üblicherweise zumindest eine

Eigenfrequenz auf. Die Eigenfrequenz des Elektromotors 24 liegt in diesem Beispiel bei 1800 Hz.

Keine der Taktfrequenzen ίt ist ein Teiler der Eigenfrequenz des Elektromotors 24. Das heißt., dass die Eigenfrequenz nicht bei einem ganzzahligen Vielfachen einer der

Taktfrequenzen ίt liegt. Weiter weist die Eigenfrequenz einen Mindestabstand von einem beliebig gewählten ganzzahligen Vielfachen einer jeweiligen Taktfrequenz ίt auf. In diesem Beispiel beträgt der Mindestabstand mindestens 6 % der

Eigenfrequenz bzw. mindestens 25 % der Taktfrequenz ίt.

Weiter ist die Taktfrequenzfolge ίt derart gewählt, dass die Taktfrequenzfolge ίt keine Resonanz des Elektromotors 24 anregt. Insbesondere unterscheidet sich eine beliebig

gewählte Summe mehrerer aufeinanderfolgender Taktfrequenzen ίt der Taktfrequenzfolge 6 von der zumindest einen

Eigenfrequenz des Elektromotors 24. Eine beliebig gewählte Summe mehrerer aufeinanderfolgender Taktfrequenzen ίt der Taktfrequenzfolge 6 unterscheidet sich von der zumindest einen Eigenfrequenz des Elektromotors 24 um mehr als der zuvor genannte Mindestabstand .

In dem Diagramm 28 können Maxima 34 bei bestimmten Frequenzen fs des Schalls erkannt werden. Die Maxima 34 haben einen deutlich niedrigeren Schalldruckpegel SPL als Maxima, welche mit einem Verfahren nach dem Stand der Technik entstehen (vgl. FIG 6) . Das heißt, mit dem beschriebenen Verfahren zum Ansteuern des Pulswechselrichters 22 wird die Tonalität des erzeugten Geräuschs reduziert.

FIG 5 zeigt ein Diagramm 36, in welchem ein Schalldruckpegel SPL (sound pressure level) in Abhängigkeit einer Frequenz fs des Schalls beim Anfahren des Elektromotors 24 aus FIG 3 zeigt .

Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel aus FIG 4, auf das bezüglich gleichbleibender Merkmale und Funktionen verwiesen wird. Im Wesentlichen gleichbleibende Elemente werden grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen

bezeichnet und nicht erwähnte Merkmale sind in das folgende Ausführungsbeispiel übernommen, ohne dass sie erneut

beschrieben sind.

Beim Anfahren des Elektromotors 24 aus FIG 3 wird das

Verfahren gemäß FIG 1 mit einer zufälligen Aufeinanderfolge ganzzahliger Perioden der Taktfrequenzen ίt durchgeführt. Das heißt, dass die Taktfrequenzfolge 6 zufällig, insbesondere als zufällige Aufeinanderfolge ganzzahliger Perioden der Taktfrequenzen ίt, gebildet wurde.

Auf diese Weise kann eine Anregung einer Schwingung des Elektromotors 24 beeinflusst werden. In diesem Beispiel wird der Elektromotor 24 nicht periodisch mit einer festen

Frequenz zur Schwingung angeregt. Aufgrund der zufälligen Aufeinanderfolge ganzzahliger Perioden der Taktfrequenzen ίt kommt es vielmehr zu einer über die mehreren Taktfrequenzen ίt gestreuten Anregung zur Schwingung des Elektromotors 24.

In diesem Beispiel sind fünf Taktfrequenzen ίt, nämlich fn, f _T 2, f _T3 , f _T4 und f _T5 vorgegeben.

In diesem Beispiel ist für jede der Taktfrequenzen ίt ein Gewichtungsfaktor von 1 vorgegeben.

In der zufälligen Aufeinanderfolge ganzzahliger Perioden der Taktfrequenzen ίt wird in diesem Beispiel für jede

Taktfrequenz ίt jeweils eine Anzahl an Perioden vorgegeben.

In diesem Beispiel beträgt die Anzahl eins. Das heißt., dass eine einzige Periode vorgegeben ist. Das heißt, nach einer einzigen Periode einer ersten zufällig gewählten Taktfrequenz ίt folgt eine einzige Periode einer zweiten zufällig

gewählten Taktfrequenz ίt usw. Eine Wahl derselben

Taktfrequenz ίt im Anschluss an eine erste zufällig gewählte Taktfrequenz ίt wird in diesem Beispiel zugelassen.

Mittels der Vorgabe der Anzahl an Perioden für jede

Taktfrequenz ίt ist eine Gewichtung der Taktfrequenzen ίt möglich. Auf diese Weise kann die Tonalität weiter reduziert werden .

Die Taktfrequenzfolge 6 wird in diesem Beispiel für alle Perioden des Grundsignals 4 innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls gebildet.

Das Diagramm wurde mit folgenden Taktfrequenzen ίt

aufgenommen :

fn = 480 Hz

ft2 = 490 Hz

ft ₃ = 500 Hz

ft ₄ = 510 Hz

ft ₅ = 520 Hz

Die Taktfrequenzen ίt haben damit untereinander einen Abstand von jeweils 10 Hz. In dem Beispiel sind die Taktfrequenzen ίt äquidistant, d.h. sie besitzen jeweils den gleichen Abstand untereinander. Prinzipiell könnten die Taktfrequenzen ίt auch anders gewählt werden.

Die Taktfrequenzen ίt liegen innerhalb eines Intervalls mit einer Breite von 40 Hz.

Die Grundfrequenz fc betrug in diesem Beispiel 20 Hz. Damit beträgt die Taktfrequenz fn das 24,0-fache der Grundfrequenz fc, die Taktfrequenz ίt2 das 24,5-fache der Grundfrequenz fc, die Taktfrequenz ίt3 das 25,0-fache der Grundfrequenz fc usw. In dem Diagramm 36 können Maxima 34 bei bestimmten Frequenzen fs des Schalls erkannt werden. Die Maxima 34 haben einen deutlich niedrigeren Schalldruckpegel SPL als Maxima, welche mit einem Verfahren nach dem Stand der Technik entstehen (vgl. FIG 6) . Außerdem sind deutlich weniger Maxima 34 als mit dem Verfahren nach FIG 4 erkennbar. Das heißt, mit dem in FIG 5 beschriebenen Verfahren zum Ansteuern des

Pulswechselrichters 22 wird die Tonalität des erzeugten

Geräuschs nochmals reduziert.

FIG 6 zeigt ein ähnliches Diagramm 38, in welchem ein

Schalldruckpegel SPL in Abhängigkeit einer Frequenz fs des Schalls beim Anfahren eines Elektromotors 24 eines anderen Schienenfahrzeugs gezeigt ist.

Zum Ansteuern eines Pulswechselrichters 22 dieses anderen Schienenfahrzeugs wurde ein Verfahren nach dem Stand der Technik verwendet. In FIG 6 wurde eine kontinuierlich

steigende Taktfrequenz ίt verwendet. Die kontinuierlich steigende Taktfrequenz ίt stieg kontinuierlich bis auf einen Endwert von 640 Hz an.

In dem Diagramm 38 sind deutliche Maxima 34 bei bestimmten Frequenzen fs des Schalls erkennbar. Liegen diese Maxima 34 im hörbaren Bereich, so sind sie deutlich als tonale

Geräusche hörbar, was besonders beim Anfahren des

Schienenfahrzeugs als störend empfunden wird.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten

Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der

Erfindung zu verlassen.