Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbeg- riff des Patentanspruchs 1 bzw. ein elektrisches Antriebs- system gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 6 ; dabei wird von einem elektrischen Antriebssystem mit einer DC-Spannungs- versorgungseinrichtung ausgegangen, wie es z. B. durch die EP 0 334 112 B1 bekannt ist.

Dem Stand der Technik entsprechend, ermöglichen von einer DC- Spannungsversorgungseinrichtung gespeiste Pulsumrichter den Betrieb einer Drehfeldmaschine, wie z. B. einer Synchronma- schine, mit variabler Frequenz und Spannung. Da sowohl die einzelnen Wicklungsstränge einer Drehfeldmaschine wie auch die DC-Spannungsversorgungseinrichtung nicht zu vernachlässi- gende parasitäre Ableitkapazitäten gegen Erdpotential ("Erd- kapazitäten") aufweisen, entstehen durch die Schaltvorgänge der Halbleiterschalter der Pulsumrichter kapazitive Umlade- ströme, die dann in der DC-Spannungsversorgungseinrichtung als EMV-Störungen in Form von Common-Mode-Störströmen wirksam werden. Diese Störströme können zum einen andere Geräte stö- ren, die mit der DC-Spannungsversorgungseinrichtung galva- nisch verbunden sind ("Leitungsgebundene EMV-Störung"). Zum anderen führen sie zusätzlich noch zu einer z. T. erheblichen Abstrahlung von Funk-Störfeldern und können dann auch Geräte stören, die keine galvanische Verbindung zur DC- Spannungsversorgungseinrichtung haben ("Funk-EMV-Störung").

Daher sind im Allgemeinen strenge Grenzwerte für die zulässi- gen Common-Mode-Störströme vorgeschrieben.

Besonders strenge Grenzwerte gelten dabei bei solchen Anlagen und Systemen, bei denen einerseits große räumliche Ausdehnun- gen der DC-Spannungsversorgungseinrichtung, große räumliche

Ausdehnung des galvanisch damit verbunden Leitungsnetzes und hohe elektrische Leistungen zusammentreffen mit andererseits engen räumlichen Verhältnissen, kleinen möglichen Abständen zu potentiell störgefährdeten Geräten mit anwendungsbedingt hoher elektrischer und elektromagnetischer Empfindlichkeit.

Solche Randbedingungen treten z. B. bei Schiffen mit einer e- lektrischen Propulsions-Antriebsanlage auf, insbesondere bei U-Booten.

Drehfeldmaschinen großer Leistung, insbesondere Schiffsan- triebsmotoren, werden, wie in der EP 0 334 112 B1 gezeigt, oftmals über mehrere Pulsumrichter aus einer gemeinsamen DC- Spannungsversorgungseinrichtung gespeist. Um hohe Ausgleichs- ströme in den Wicklungssträngen aufgrund gegenseitiger magne- tischer Kopplung zu vermeiden, werden die Schaltvorgänge der einzelnen Pulsumrichter untereinander synchronisiert, d. h. sie finden nahezu gleichzeitig statt. Die Pulsumrichter wer- den deshalb mit im Wesentlich gleicher Schaltfrequenz getak- tet. Durch die Gleichzeitigkeit der Schaltvorgänge in den einzelnen Pulsumrichtern addieren sich allerdings die auf- grund der Erdkapazitäten der Wicklungsstränge verursachten Lade-und Entladestromstöße der einzelnen Pulsumrichter und es fließt ein hoher Common-Mode-Störstrom in der Spannungs- versorgungseinrichtung.

Zur Verringerung der durch die Pulsumrichterspeisung hervor- gerufenen Common-Mode-Ströme und der daraus resultierenden Störungen sind verschiedene Verfahren bekannt. Sie zielen darauf ab, die für die Common-Mode-Störströme wirksamen Impe- danzen zu vergrößern, indem diesem Ziel entsprechend geeigne- te, zusätzliche Induktivitäten an geeigneter Stelle eingefügt werden. So ist durch die DE 100 59 332 AI bekannt, in alle zu einem Motor führenden Motoranschlussleitungen eine Impedanz transformatorisch einzukoppeln, indem z. B. alle Motoran- schlussleitungen durch einen magnetisierbaren Koppelkern ge- führt werden. Solche Koppelkerne weisen jedoch insbesondere bei Antrieben großer Leistung erhebliches Gewicht und Volumen

auf und ihr Einbau in eine Antriebsvorrichtung kann deshalb gerade bei beengten Platzverhältnissen problematisch sein.

Außerdem kann diese Lösung einen beträchtlichen finanziellen Aufwand darstellen. Aus der DE 100 40 851 Al ist bekannt, die wicklungstragenden Komponenten der elektrischen Maschine ge- genüber dem Gehäuse zu isolieren und die wicklungstragenden Teile über eine Induktivität an die Gehäusemasse anzukoppeln.

Diese zusätzlich erforderliche Induktivität liegt dann in Reihe zur parasitären Kapazität der Wicklungen gegen Erdpo- tential und erhöht damit ebenfalls die für die Common-Mode- Ströme maßgebliche Impedanz.

In Anbetracht dieses Standes der Technik liegt der vorliegen- de Erfindung die Aufgabe zugrunde, ohne Verwendung zusätzli- cher induktivitätsbehafteter Bauteile die Common-Mode- Störströme zu verringern und die mit der Verwendung von Zu- satzinduktivitäten verbunden Kosten und Aufwendungen für Platzbedarf, Gewicht, Montage und Verdrahtung einzusparen.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt ausgehend von einem Verfah- ren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. einem elekt- rischen Antriebssystem gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 6 durch die jeweils kennzeichnende Lehre. Vorteilhafte Aus- gestaltungen des Verfahrens gemäß Patentanspruch 1 sind Ge- genstand der Unteransprüche 2 bis 5 ; vorteilhafte Ausgestal- tungen des elektrischen Antriebssystems gemäß Patentanspruch 6 sind Gegenstand der Unteransprüche 7 bis 16.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das erfindungsgemä- ße elektrische Antriebssystem wird erreicht, dass die von den beiden Pulsumrichtern erzeugten Common-Mode-Störströme über die parasitären Kapazitäten der Wicklungen gegen Erdpotential einander entgegengesetzt gerichtet sind und sich damit insbe- sondere in der DC-Spannungsversorgungseinrichtung weitgehend gegeneinander aufheben.

Durch die erfindungsgemäße Lösung bleiben die für die An- triebsfunktion der Drehfeldmaschine maßgeblichen Ausgangs- spannungen der Pulsumrichter, d. h. die Differenzspannungen zwischen den Ausgangsklemmen bei jedem Umrichter, unverän- dert. Die Verringerung der Common-Mode-Störströme erfolgt al- lein durch entsprechende Ansteuerung der Pulsumrichter. Spe- zielle Bauteile, wie z. B. Zusatzinduktivitäten, werden nicht benötigt. Damit werden gegenüber einer Verwendung von Zusatz- induktivitäten Einsparungen bei Kosten und Aufwendungen für Platzbedarf, Gewicht, Montage und Verdrahtung erreicht.

Die erfindungsgemäße Lösung und deren Ausgestaltungen sind gleichermaßen geeignet für Drehfeldmaschinen mit Einzel- strangspeisung über einphasige Umrichter, wie auch für Ma- schinen mit mehrphasigen, z. B. dreiphasigen Wicklungssystemen und Speisung über mehrphasige Umrichter.

Die von den je zwei, aus der selben DC-Spannungsversorgungs- einrichtung gespeisten Pulsumrichtern erzeugten Common-Mode- Störströme heben sich dann besonders gut auf, wenn sie bei einander entgegengesetzter Richtung annähernd gleichen zeit- lichen Verlauf und Amplitude aufweisen. Im Fall einer Dreh- feldmaschine mit mehreren, im Sinne einer Einzelstrangspei- sung von je einem einphasigen Pulsumrichter gespeisten Wick- lungssträngen und unter der Annahme gleich großer parasitären Wicklungskapazitäten der einzelnen Wicklungsstränge kann dies dadurch erreicht werden, dass die je zwei Pulsumrichter durch die Steuervorrichtung derart angesteuert werden, dass die Mo- mentanwerte der Ausgangsspannungen der je zwei Pulsumrichter zumindest annähernd gleich sind. Im Fall einer Drehfeldma- schine mit mehreren, von je einem mehrphasigen Pulsumrichter gespeisten Wicklungssystemen kann dies dadurch erreicht wer- den, dass die von den je zwei Pulsumrichtern gespeisten Wick- lungssysteme zumindest annähernd um 180° elektrisch gegenein- ander versetzt in der Drehfeldmaschine angeordnet werden und die je zwei Pulsumrichter durch die Steuervorrichtung derart

angesteuert werden, dass die Momentanwerte der Ausgangsspan- nungen der je zwei Pulsumrichter zueinander invers sind.

Treten Unterschiede in den Momentanwerten der Aussteuerung und damit Unterschiede in den Schaltzeitpunkten und den Aus- gangsspannungen der beiden Pulsumrichter auf, wie das z. B. bei unterschiedlichen Grundschwingungsphasenlagen in den ver- schiedenen Wicklungssträngen einer Drehfeldmaschinen der Fall ist, verbleiben Reste im resultierenden Common-Mode- Störstrom. Es ist deshalb besonders vorteilhaft, die Pulsum- richterpaare vorzugsweise nach diesem Kriterium zusammenzu- stellen, d. h. sie z. B. gleichen oder nahe beieinander liegen- den Grundschwingungsphasenlagen der Ausgangsspannungen zuzu- ordnen. Bei Drehfeldmaschinen mit einer hohen Anzahl von <BR> <BR> Wicklungssträngen bzw. -phasen, wie sie z. B. bei Propelleran- trieben in U-Booten eingesetzt werden, sind diese Verhältnis- se gegeben.

Messungen an einem der erfindungsgemäßen Lösung entsprechend ausgeführtem Antriebssystem mit Einzelstrangspeisung der Ma- schinenwicklungen über Pulsumrichter haben gezeigt, dass sich die Common-Mode-Störströme durch die erfindungsgemäße Ausfüh- rung des Antriebs, speziell der erfindungsgemäßen Ansteuerung der Pulsumrichter, um mehr als den Faktor 10, d. h. um mehr als 20 dB reduzieren lassen.

Hinsichtlich der Erzeugung der Ansteuerimpulse ergeben sich für eine Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung keine Ein- schränkungen, so dass die Ansteuerung bzw. Modulation der Pulsumrichter in vorteilhafter Weise sowohl mit online-arbei- tenden Modulationsverfahren (z. B. Sinus-Dreieck-Modulation, Raumzeigermodulation usw. ) als auch mit offline arbeitenden Modulationsverfahren. z. B. offline-berechneten Pulsmustern, erfolgen kann.

Eine besonders einfache, anschauliche und vorteilhafte Aus- gestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ergibt sich bei Ver-

wendung einer Modulation mit Hilfe einer Dreieck- Hilfsfunktion im Sinne einer Sinus-Dreieck-Modulation, wobei die Dreieck-Hilfsfunktion des einen der je zwei Pulsumrichter gegenüber der Dreieck-Hilfsfunktion des anderen der je zwei Pulsumrichter invertiert ist. Die Verwendung dieser Modulati- on ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil sie in beson- ders vorteilhafter Ausgestaltung mit Hilfe eines programmier- baren Hardwarebaustein, insbesondere LCA, erfolgen kann ; oder wenn dies nicht möglich ist oder nicht gewünscht wird, in vorteilhafter Weise auch mit herkömmlicher Hardware in Ana- log-und/oder Digitaltechnik realisiert werden kann.

Eine gute Synchronisation der Ansteuerimpulse der je zwei aus einer gemeinsamen DC-Spannungsversorgungseinrichtung gespeis- ten Pulsumrichter kann dadurch gewährleistet werden, dassiei- ne gemeinsame Steuervorrichtung für die jeweils je zwei Pul- umrichter vorgesehen ist.

Ist es aus baulichen oder anderen Gründen nicht möglich, dass beide aus einer gemeinsamen DC-Spannungsversorgungseinrich- tung gespeisten Pulsumrichter ihre Ansteuerimpulse aus einer gemeinsamen Steuervorrichtung erhalten, so ergibt sich eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dadurch, dass mehrere, insbesondere zwei, gerätetechnisch und/oder funktionell getrennte und in geeigneter Weise signaltechnisch miteinander verknüpfte, insbesondere miteinander synchroni- sierte, Ansteuervorrichtungen für die jeweils je zwei Pulsum- richter vorgesehen sind.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrische Antriebssystems weist die DC-Spannungsversor- gungseinrichtung und/oder zu der DC-Spannungsversorgungsein- richtung gehörende strom-und spannungsführende elektrische Leiter und/oder zu der DC-Spannungsversorgungseinrichtung ge- hörende DC-Spannungsquellen eine große räumliche Ausdehnung und/oder Verteilung auf und ermöglicht damit die Speisung

räumlich entfernter Antriebskomponenten bei gleichzeitig ge- ringen Common-Mode-Störströmen.

Das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem kann in be- sonders vorteilhafter Weise in einem elektrischen Bordnetz, insbesondere einem elektrischen DC-Bordnetz auf Schiffen, insbesondere auf U-Booten verwendet werden, da bei solchen Bordnetzen besonders hohe Anforderungen an die Common-Mode- Störströme bestehen.

Das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem kann mit ei- ner oder mehreren elektrischen Drehfeldmaschinen ausgeführt sein, die als Synchronmaschinen mit elektrischer oder perma- nentmagnetischer Erregung oder als Asynchronmaschinen ausge- führt sind.

Die Erfindung, sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche, werden im Fol- genden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren 1 bis 4 näher erläutert ; die der Erfindung zugrunde liegende Prob- lematik ist anhand der Figuren 5 und 6 dargelegt. Zum besse- ren Verständnis der erfindungsgemäßen Lösung werden in den Figuren vereinfachte Darstellungen verwendet. Als Beispiel für ein geeignetes Modulations-bzw. Ansteuerverfahren wird eine Bildung der Ansteuersignale mittels einer Dreieck- Hilfsfunktion im Sinne der Sinus-Dreieck-Modulation darge- stellt. Die in den Figuren verwendeten Vereinfachungen betreffen auch die für die Ausbildung der Common-Mode-Ströme maßgeblichen parasitären Kapazitäten gegen Erdpotential, die vereinfachend in Form konzentrierter, kapazitiver Schaltungs- elemente, d. h in Form von Kondensatoren dargestellt werden.

Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele und da- zugehörenden Erläuterungen dienen somit lediglich der Erläu- terung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.

Es zeigen :

FIG 1 eine vereinfachte Darstellung einer Schaltung zur Spei- sung von zwei Wicklungssträngen einer Drehfeldmaschine über zwei einphasige Pulsumrichter aus einer gemeinsa- men DC-Spannungsversorgungseinrichtung ; FIG 2 mit Bezug auf FIG 1 Zeitdiagramme des Verlaufs der Pul- sumrichter-Ausgangsspannungen, wobei entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung beide Umrichter so angesteuert werden, dass sich die von beiden Umrichtern erzeugten Common-Mode-Störströme über die parasitären Kapazitäten des Wicklungsstränge gegenüber Erdpotential gegeneinan- der aufheben ; FIG 3 eine vereinfachte Darstellung einer Schaltung zur Spei- sung von zwei dreisträngigen Wicklungssystemen einer Drehfeldmaschine über zwei dreiphasige Pulsumrichter aus einer gemeinsamen DC-Spannungsversorgungseinrich- tung ; FIG 4 mit Bezug auf FIG 3 Zeitdiagramme des Verlaufs der Pul- sumrichter-Ausgangsspannungen, wobei entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung beide Umrichter so angesteuert werden, dass sich die von beiden Umrichtern erzeugten Common-Mode-Störströme über die parasitären Kapazitäten der Wicklungssysteme gegenüber Erdpotential gegeneinan- der aufheben ; FIG 5 eine vereinfachte Darstellung einer Schaltung zur Spei- sung eines Wicklungsstranges einer Drehfeldmaschine ü- ber einen einphasigen Pulsumrichter aus einer DC- Spannungsversorgungseinrichtung ; FIG 6 mit Bezug auf FIG 5 Zeitdiagramme des Verlaufs der Um- richter-Ausgangsspannungen, die für die Entstehung des Common-Mode-Störstromes über die parasitären Kapazität des Wicklungsstranges gegenüber Erdpotential maßgeblich sind.

Anhand FIG 5 und 6 soll zunächst die der Erfindung zugrunde liegende Problematik erläutert werden. Die Prinzipskizze von FIG 5 zeigt einen Wicklungsstrang 31 einer Drehfeldmaschine 3, der über einen Pulsumrichter 1 von einer DC-Spannungs- versorgungseinrichtung 4 gespeist wird. Zur Spannungsversor- gungseinrichtung 4 gehören die DC-Spannungsquelle 40 und die strom-und spannungsführenden Leiter 41 mit positivem Poten- tial UDC+ und 42 mit negativem Potential UDC-, über die die Zuführung der elektrischen Energie zu dem Pulsumrichter 1 er- folgt.

Der einphasige Pulsumrichter 1 in FIG 5 weist zwei Halbbrü- cken Wla bzw. Wlb mit jeweils zwei Schaltern Sla, Sla' bzw.

Slb, Slb' auf. Mittels einer geeigneten Ansteuervorrichtung 51 werden die Schalter Sla, Sla' und Slb, Slb' so angesteuert, dass sich an den Ausgangsklemmen la und lb des Pulsumrichters 1 und damit am dort angeschlossenen Wicklungsstrang 31 der Drehfeldmaschine 3 eine gewünschte Spannung U1 einstellt. Die Pulsumrichter-Ausgangsspannung U1 ensteht dabei als Diffe- renzspannung der Ausgangspotentiale Ula und Ulb der beiden Halbbrücken Wla und Wlb. Die parasitäre Kapazität des Wick- lungsstranges 31 gegenüber Erdpotential ist vereinfachend durch den Kondensator Cp31 dargestellt. Der Kondensator Cp4 repräsentiert in vereinfachender Weise die parasitäre Kapazi- tät der DC-Spannungsversorgungseinrichtung 4 gegen Erdpoten- tial. Die Spannung Uc31 bezeichnet den Spannungsabfall über der parasitären Kapazität Cp31 des Wicklungsstranges 31 ge- genüber Erdpotential.

In FIG 6 sind für die in FIG 5 gezeigte Schaltung die Zeit- verläufe der maßgeblichen Pulsumrichter-Ausgangsspannungen dargestellt. Die Ansteuerung der Schalter Sla, Sla' und Slb, Slb'erfolgt dabei in beispielhafter Weise unter Zuhilfe- nahme einer Dreieck-Hilfsfunktion UA1 im Sinne der bekannten Sinus-Dreieck-Modulation. Dabei werden in bekannter Weise in der Ansteuervorrichtung 51 eine Dreieck-Hilfsfunktion UA1

mit einer die Pulsumrichteraussteuerung bestimmenden Steuer- spannung Ustl und-Ustl verglichen, um daraus die Schaltzeit- punkte für die Schalter Sla, Sla'und Slb, Slb'zu ermitteln.

Wie aus FIG 5 und FIG 6 weiterhin anhand des Zeitverlaufes der Spannung Uc31 über der parasitären Kapazität Cp31 zu ent- nehmen ist, ändert sich diese Spannung Uc31 periodisch in Ab- hängigkeit der Ausgangspotentiale Ula und Ulb. So befindet sich z. B. in den Zeitabschnitten ta der gesamte Wicklungs- strang 31 auf negativem Potential UDC-der DC-Spannungs- versorgungseinrichtung und in den Zeitabschnitten tb auf po- sitivem Potential UDC+ der DC-Spannungsversorgungseinrich- tung. Damit verbunden ist ein periodisches, vom Zeitverlauf der Spannung Uc31 abhängiges Umladen der Erdkapazität Cp31 mit entsprechenden Lade-bzw. Umladeströmen Icml. Bei jeder durch den Pulsumrichter 1 hervorgerufenen Spannungsänderung von Uc31 fließt demnach über Cp31 ein Störstrom Icml, dessen Stromkreis sich über Erde und die parasitäre Kapazität Cp4 zurück zur DC-Spannungsversorgungseinrichtung 4 schließt und dort als Common-Mode-Störstrom wirksam wird.

Anhand FIG 1 und 2 soll nun die erfindungsgemäße Verringerung der Common-Mode-Störströme am Beispiel eines elektrischen An- triebssystems mit einer Einzelstrangspeisung einer Drehfeld- maschine über einphasige Pulsumrichter erläutert werden. FIG 1 zeigt in vereinfachter Darstellung eine elektrische Dreh- feldmaschine 3 mit zwei Wicklungssträngen 31,32, die über je einen einphasigen Pulsumrichter 1, 2 von einer gemeinsamen DC-Spannungsversorgungseinrichtung 4 gespeist werden. Beide Pulsumrichter 1, 2 werden mit der gleichen Aussteuerung be- trieben und erzeugen an ihren Ausgangsklemmen la, 1b bzw. 2a, 2b zumindest annähernd die gleichen Ausgangsspannungen U1 und U2.

Wie FIG 1 zeigt, haben die Pulsumrichter 1 und 2 jeweils die gleiche Prinzipschaltung, die der des Pulsumrichters 1 von FIG 5 entspricht. Jeder der Pulsumrichter 1, 2 weist hierbei,

entsprechend des Pulsumrichters 1 von FIG 5, je zwei Halbbrü- cken Wla, Wlb bzw. W2a, W2b mit jeweils zwei Schaltern (Sla, Sla'und Slb, Slb'bzw. S2a, S2a' und S2b, S2b') auf. Um hohe Ausgleichsströme zwischen den einzelnen, über die jewei- ligen Pulsumrichter 1, 2 gespeisten, Wicklungsstränge 31,32 zu vermeiden, werden die Pulsumrichter 1, 2 mit im Wesentli- chen gleicher Schaltfrequenz getaktet, so dass die Schaltvor- gänge in den Pulsumrichtern 1, 2 nahezu gleichzeitig statt- finden. Bezüglich der weiteren Beschreibung von Schaltung und Funktion des Pulsumrichters 2 sei auf die Beschreibung von Pulsumrichter 1 von FIG 5 verwiesen ; die Bezugszeichen sind funktions-und sinnentsprechend angepasst.

Der Pulsumrichter 1 erzeugt-wie bereits beschrieben-auf Grund seiner Schalthandlungen und der damit verbundenen Ände- rungen seiner Ausgangspotentiale Ula, Ulb an der Erdkapazität Cp31 des von ihm gespeisten Wicklungsstrangs 31 einen Span- nungsabfall Uc31 und damit einen Common-Mode-Störstrom Icml in der DC-Spannungsversorgungseinrichtung 4. Entsprechend verursacht der Pulsumrichter 2 aufgrund seiner Schalthandlun- gen und der damit verbundenen Änderungen seiner Ausgangspo- tentiale U2a, U2b an der Erdkapazität Cp32 des von ihm ge- speisten Wicklungsstrangs 32 einen Spannungsabfall Uc32 und damit einen Common-Mode-Störstrom Icm2 in der DC-Spannungs- versorgungseinrichtung 4. In der DC-Spannungsversorgungs- einrichtung 4 wird somit ein Gesamt-Common-Mode-Störstrom Icmg wirksam, der sich aus der Summe der Common-Mode-Stör- ströme Icml und Icm2 der beiden einzelnen Pulsumrichter 1 und 2 ergibt : Icmg = Icml + Icm2.

Bei symmetrischem Aufbau der Drehfeldmaschine 3 sind auch die parasitären Wicklungskapazitäten Cp31, Cp32 der Wicklungs- stränge 31,32 zumindest annähernd gleich groß, so dass bei gleich großen Spannungen Uc31 und Uc32 auch die beiden Com- mon-Mode-Störströme Icml und Icm2 gleich groß sind.

Erfindungsgemäß werden zur Verringerung des in der DC- Spannungsversorgungseinrichtung 4 wirksamen Gesamt-Common- Mode-Störstroms Icmg die beiden Pulsumrichter 1, 2 durch An- steuervorrichtungen 51,52 derart angesteuert, dass bei beiden Pulsumrichtern 1, 2 an ihren Ausgängen la, 1b bzw. 2a, 2b die für die Entstehung der Common-Mode-Strömen Icml, Icm2 maßgeb- lichen Potentiale Ula, Ulb bzw. U2a, U2b zumindest annähernd gleichzeitig so auf die Wicklungsstränge 31,32 der Drehfeld- maschine 3 geschaltet werden, dass die Spannungspotentiale Uc31, Uc33 über den parasitären Kapazitäten Cp31, Cp32 der Wicklungsstränge 31,32 gegenüber Erdpotential entgegenge- setzt gerichtet sind und sich somit die Common-Mode-Stör- ströme Icml und Icm2 gegeneinander aufheben. Die beiden An- steuervorrichtungen 51,52 sind hierzu in geeigneter Weise signaltechnisch miteinander verknüpft, insbesondere miteinan- der synchronisiert.

Falls es räumliche, funktionale oder gerätetechnische Gege- benheiten erlauben, kann anstatt der miteinander synchroni- sierten Ansteuervorrichtungen 51,52 eine gemeinsame Steuer- vorrichtung 5 vorgesehen werden.

FIG 2 zeigt anhand von Zeitdiagrammen ein Beispiel für den Verlauf der Pulsumrichter-Ausgangspotentiale Ula, Ulb bzw.

U2a, U2b und der daraus resultierenden Pulsumrichter- Ausgangsspannungen Ul, U2 sowie der Spannungen Uc31, Uc32 ü- ber den parasitären Kapazitäten Cp31, Cp32. Durch Ansteuerung der Halbbrücke Wla des Umrichters 1 gegensinnig zur Halbbrü- cke W2b des Umrichters 2 und Ansteuerung der Halbbrücke Wlb des Umrichters 1 gegensinnig zur Halbbrücke W2a des Umrich- ters 2 wird erreicht, dass sich das Ausgangspotential Ula ge- gensinnig zum Ausgangspotential U2b und das Ausgangspotential Ulb gegensinnig zum Potential U2a ändert. In den Zeitab- schnitten ta befindet sich somit der gesamte Wicklungsstrang 31 auf negativem Potential UDC-der DC-Spannungs- versorgungseinrichtung 4, d, h. Uc31 = UDC-= Ula = Ulb. Der gesamte Wicklungsstrang 32 befindet sich hingegen im Zeitab-

schnitt ta auf positivem Potential UDC+ der DC- Spannungsversorgungseinrichtung 4, d. h. Uc32 = UDC+ = U2a = U2b. In den Zeitabschnitten tb befindet sich der gesamte Wicklungsstrang 31 auf positivem Potential UDC+ der DC- Spannungsversorgungseinrichtung 4, d, h. Uc31 = UDC+ = Ula = Ulb und der gesamte Wicklungsstrang 32 befindet sich im Zeit- abschnitt tb auf negativem Potential UDC-der DC- Spannungsversorgungseinrichtung 4, d. h. Uc32 = UDC-= U2a = U2b. Damit verlaufen auch die Spannungsänderungen über den parasitären Kapazitäten Cp31 und Cp32 gegensinnig zueinander, wie das in FIG 2 anhand der zeitlichen Verläufe der Spannun- gen Uc31 und Uc32 zu erkennen ist und auch anhand der Summe beider Spannungen Uc31 + Uc32 deutlich wird, die zu allen Zeitpunkten Null ist.

Unter den Voraussetzungen zeitgleicher Umschaltvorgänge in den Umrichter-Halbbrücken Wla, W2b bzw. Wlb, W2a sowie gleich großer Kapazitäten Cp31 und Cp32 haben die über Erdpotential fließenden Common-Mode-Ströme Icml und Icm2 somit zwar den gleichen Betrag, sind aber entgegengesetzt gerichtet, d. h. es gilt Icml =-Icm2. In der Summe heben sich damit beide Ströme Icml und Icm2 gegenseitig auf, d. h in der DC-Spannungsver- sorgungseinrichtung 4 wird somit auch kein aus den Schaltvor- gängen der Pulsumrichter 1, 2 herrührender Common-Mode-Stör- strom Icmg mehr wirksam.

Von besonderer Bedeutung für das Verhalten der elektrischen Drehfeldmaschine 3 ist, dass durch die erfindungsgemäße Lö- sung die an den Wicklungssträngen 31,32 anliegenden Umrich- ter-Ausgangsspannungen U1, U2 der beiden Pulsumrichter 1,2 nicht verändert werden und weiterhin den gleichen zeitlichen Verlauf haben, so dass sich für die Funktion des Antriebs keinerlei Änderung ergibt.

Die Ansteuerung der Pulsumrichter 1, 2 kann, wie bereits in Zusammenhang mit den Erläuterungen zu FIG 5 und 6 darge- stellt, beispielsweise unter Zuhilfenahme einer Dreieck-

Hilfsfunktion Ut im Sinne der bekannten Sinus-Dreieck- Modulation erfolgen. Wie FIG 2 zeigt, wird die gegensinnige Ansteuerung der Halbbrücke Wla des Umrichters 1 zur Halbbrü- cke W2b des Umrichters 2 und die gegensinnige Ansteuerung der Halbbrücke Wlb des Umrichters 1 zur Halbbrücke W2a des Um- richters 2 dadurch erreicht, dass in der Ansteuervorrichtung 51 eine Dreieck-Hilfsfunktion UA1 = US und in der Ansteuer- vorrichtung 52 die dazu inverse Dreieck-Hilfsfunktion UA2 -UA verwendet wird. In der Prinzipdarstellung des Ausfüh- rungsbeispiels von FIG 1 wird die Dreieck-Hilfsfunktion UA2 =-UA aus der Dreieck-Hilfsfunktion UA mit Hilfe des symbo- lisch dargestellten Invertierers 59 erzeugt. Die die Umrich- teraussteuerung bestimmenden Steuerspannung Ust ist für beide Pulsumrichter 1, 2 vorzugsweise identisch Ust1 = Ust2 = Ust, so dass die Momentanwerte ihrer Ausgangsspannungen U1, U2 zu- mindest annähernd gleich sind.

Anhand FIG 3 und 4 soll nun die erfindungsgemäße Verringerung der Common-Mode-Störströme am Beispiel eines elektrischen An- triebssystems mit Speisung von zwei dreisträngigen Wicklungs- systemen einer Drehfeldmaschine über zwei dreiphasige Pulsum- richter aus einer gemeinsamen DC-Spannungsversorgungseinrich- tung gezeigt werden.

FIG 3 zeigt in vereinfachter Darstellung zwei Wicklungssyste- me 33,34 einer elektrische Drehfeldmaschine 3, die über je einen dreiphasigen Pulsumrichter 1, 2 von einer gemeinsamen DC-Spannungsversorgungseinrichtung 4 gespeist werden. Die je- weils drei Phasen sind mit den Buchstaben a, b, und c gekenn- zeichnet. Die DC-Spannungsversorgungseinrichtung 4 umfasst wiederum eine DC-Spannungsquelle 40 und strom-und spannungs- führenden Leiter 41,42, wie sie bereits in den Erläuterungen zu FIG 1 und 5 beschrieben sind. Mit Cp4 ist wiederum die pa- rasitäre Kapazität der DC-Spannungsversorgungseinrichtung ge- gen Erdpotential bezeichnet. Die Pulsumrichter 1 und 2 haben je drei Halbbrücken Wla, Wlb, Wie bzw. W2a, W2b, W2c mit je- weils zwei Schaltern (Sla, Sla' ; Slb, Slb' ; Slc, Slc' bzw.

S2a, S2a' ; S2b, S2b' ; S2c, S2c'). An den Ausgangsklemmen la, lb, lc bzw. 2a, 2b, 2c der Umrichter 1 bzw. 2 sind die beiden Wicklungssysteme 33 bzw. 34 der Drehfeldmaschine 3 ange- schlossen. Die parasitären Kapazitäten der Wicklungsstränge gegen Erdpotential sind in vereinfachender Weise in Form von parasitären Kapazitäten Cp33, Cp34 der Wicklungssysteme 33, 34 gegen Erdpotential dargestellt. Die über der parasitären Kapazität Cp33 abfallende Spannung trägt die Bezeichnung Uc33 ; die Spannung über der Kapazität Cp34 trägt die Bezeich- nung Uc34.

Die beiden Wicklungssysteme 33,34 der Drehfeldmaschine 3 sind erfindungsgemäß um 180° elektrisch versetzt zueinander angeordnet. Bei gleichem Wickelsinn der Motorwicklungen kann dies durch geeignete Zusammenschaltung der Wicklungsanfänge bzw. Wicklungsenden der Wicklungsstränge 33a, 33b, 33c bzw.

34a, 34b, 34c geschehen. Zur Verdeutlichung sind in FIG 3 die Wicklungsanfänge bei gleichem Wickelsinn wie üblich durch ei- nen Punkt * gekennzeichnet.

Die zur Ansteuerung der Pulsumrichter erforderliche Steuer- vorrichtung bzw. Ansteuervorrichtungen tragen die Bezeichnun- gen 5 bzw. 51,52. Aus Gründen einer hohen Anschaulichkeit der erfindungsgemäßen Lösung wird dabei im ausgeführten Bei- spiel wiederum ein Ansteuerverfahren unter Nutzung von Drei- eck-Hilfsfunktionen im Sinne der bekannten Sinus- Dreieckmodulation verwendet.

Der Pulsumrichter 1 erzeugt auf Grund seiner Schalthandlungen und der damit verbundenen Änderungen seiner Ausgangspotentia- le Ula, Ulb, Ulc an der Erdkapazität Cp33 des von ihm ge- speisten Wicklungssystems 33 einen Spannungsabfall Uc33 und damit einen Common-Mode-Störstrom Icml. Entsprechend verur- sacht der Pulsumrichter 2 aufgrund seiner Schalthandlungen und der damit verbundenen Änderungen seiner Ausgangspotentia- le U2a, U2b, U2c an der Erdkapazität Cp34 des von ihm ge- speisten Wicklungsstrangs 34 einen Spannungsabfall Uc34 und

damit einen Common-Mode-Störstrom Icm2. In der DC- Spannungsversorgungseinrichtung 4 wird somit ein Gesamt- Common-Mode-Störstrom Icmg wirksam, der sich aus der Summe der Common-Mode-Störströme Icml und Icm2 der beiden einzelnen Pulsumrichter 1 und 2 ergibt : Icmg = Icml + Icm2. Bei symmet- rischem Aufbau der Drehfeldmaschine 3 sind auch die parasitä- ren Kapazitäten Cp33 und Cp34 der Wicklungssysteme 33,34 zu- mindest annähernd gleich groß, so dass bei gleich großen Spannungen Uc33 und Uc34 auch die beiden Common-Mode- Störströme Icml und Icm2 gleich groß sind.

Erfindungsgemäß werden die beiden Pulsumrichter 1,2 durch die Ansteuervorrichtungen 51, 52 bzw. durch die Steuervorrichtung 5 derart angesteuert, dass an ihren Ausgän- gen la, lb, lc bzw. 2a, 2b, 2c die für die Entstehung der Common-Mode-Ströme Icml, Icm2 maßgeblichen Potentiale Ula, Ulb, Ulc bzw. U2a, U2b, U2c zumindest annähernd gleichzeitig so auf die Wicklungssysteme 33,34 geschaltet werden, dass die Spannungspotentiale Uc33, Uc34 über den parasitären Kapa- zitäten Cp33, Cp34 der Wicklungssysteme 33,34 gegenüber Erd- potential zueinander entgegengesetzt gerichtet sind und sich somit die Common-Mode-Störströme ICml und Icm2 gegeneinander aufheben.

Dies gelingt im dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass sich durch gegensinnige Ansteuerung der Halbbrücken Wla, Wlb und Wie des Umrichters 1 zu den Halbbrücken W2a, W2b und W2c des Umrichters 2 die Ausgangspotentiale Ula, U2a bzw.

Ulb, U2b bzw. Ulc, U2c W2b gegensinnig zueinander ändern.

FIG 4 zeigt diesbezüglich anhand von Zeitdiagrammen ein Bei- spiel für den Verlauf der Umrichter-Ausgangspotentiale Ula, Ulb, Ulc bzw. U2a, U2b, U2c sowie der Spannungen Uc33, Uc34 über den parasitären Kapazitäten Cp33, Cp34. Durch die gegen- sinnige Ansteuerung der Halbbrücken Wla, Wlb und Wie des Um- richters 1 zu den Halbbrücken W2a, W2b und W2c des Umrichters 2 verlaufen auch die Spannungsänderungen Uc33, Uc34 über den

parasitären Kapazitäten Cp33 und Cp34 gegensinnig zueinander, wie das in FIG 4 anhand der zeitlichen Verläufe zu erkennen ist. Unter den Voraussetzungen zeitgleicher Umschaltvorgänge in den Umrichter-Halbbrücken Wla, W2a bzw. Wlb, W2b bzw. Wie, W2c sowie gleich großer Kapazitäten Cp33 und Cp34 haben die über Erdpotential fließenden Common-Mode-Ströme Icml und Icm2 somit den gleichen Betrag, sind aber entgegengesetzt gerich- tet, d. h. es gilt Icml =-Icm2. In der Summe heben sich damit beide Ströme Icml und Icm2 gegenseitig auf, d. h. in der DC- Spannungsversorgungseinrichtung 4 wird somit auch kein aus den Schaltvorgängen der Pulsumrichter 1, 2 herrührender Com- mon-Mode-Störstrom Icmg mehr wirksam. Die gleiche Aussage lässt sich treffen, wenn die Summe beider Spannungen Uc33 + Uc34 betrachtet wird ; sie ist zu allen Zeitpunkten Null.

Die Bildung der Schaltzeitpunkte zur Ansteuerung der Pulsum- richter erfolgt in dem in FIG 3 und 4 dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel wiederum in beispielhafter Weise unter Zuhilfe- nahme einer Dreieck-Hilfsfunktion US im Sinne der bekannten Sinus-Dreieck-Modulation. Für den Pulsumrichter 1 werden da- bei in bekannter Weise in der Ansteuervorrichtung 51 eine Dreieck-Hilfsfunktion UA1 = Ut mit den die Umrichteraussteu- erung bestimmenden Steuerspannungen Ustla = Usta, Ustlb = Ustb und Ustlc = Ustc verglichen, um daraus die Schaltzeit- punkte für die Schalter Sla, Sla', Slb, Slb' und Slc, Slc' zu ermitteln. Die Ermittlung der Schaltzeitpunkte für den Pul- sumrichter 2 erfolgt nach dem gleichen Prinzip in der Ansteu- ervorrichtung 52. Um eine im Vergleich zu Umrichter 1 gegen- sinnige Änderung der Schaltzustände zu errreichen, werden in der Ansteuervorrichtung 52 die Schaltzeitpunkte der Schalter S2a, S2a', S2b, S2b' und S2c, S2c' jedoch gemäß FIG 4 aus den inversen Signalen gebildet : UA2 =-Ut =-UA ; Ust2a-Ustla =-Usta ; Ustlb =-Ustlb =-Ustb und Ust2c =-Ustlc =-Ustc.

Die Bildung der genannten inversen Signale kann beispielswei- se mit Hilfe der in FIG 3 symbolisch dargestellten Invertie- rer 56,57, 58 und 59 erfolgen.

Repräsentativ für die resultierenden Umrichter-Ausgangsspan- nungen sind in FIG 4 weiterhin die Spannungen Ulba und U2ba zwischen den Umrichter-Ausgangskleirunen la, 1b bzw. 2a, 2b dargestellt. Wie FIG 4 zeigt, sind diese für das Verhalten der Maschine maßgeblichen Umrichter-Ausgangsspannungen auf Grund der inversen Ansteuerung ebenfalls invers zueinander.

Damit beide Umrichter 1, 2 über die Wicklungssyteme 33,34 die vorzugsweise gleichen Grundschwingungsphasenlagen des magnetischen Flusses in der Maschine erzeugen, ist es daher -wie bereits erwähnt-erforderlich, dass beide Wicklungssys- teme 33,34 um 180°elektrisch zueinander versetzt angeordnet sind.

Durch die Anwendung der erfindungsgemäße Lösung in Antriebs- systemen mit von mehrphasigen Pulsumrichtern gespeisten mehrphasigen Wicklungssystemen ergibt sich somit keinerlei Änderung für die Funktion des Antriebs.

Wie bereits erwähnt, müssen die beide Ansteuervorrichtungen 51,52 miteinander synchronisiert werden, damit sich in den betreffenden Halbbrücken (Wla, W2b bzw. Wlb, W2a bei einpha- sigen Umrichtern bzw. Wla, W2a ; Wlb, W2b ; Wlc, W2b bei drei- phasigen Umrichtern) gleiche Schalt zeitpunkte ergeben können.

Bei der in beispielhafter Weise beschriebenen Verwendung ei- ner Dreieck-Hilfsfunktion Ut im Sinne der bekannten Sinus- Dreieck-Modulation geschieht das durch die Dreieck- Hilfsfunktion UA selbst.

Zur Ansteuerung der Halbbrücken (Wla, W2b bzw. Wlb, W2a bei einphasigen Umrichtern bzw. Wla, W2 a ; Wlb, W2b ; Wlc, W2b bei dreiphasigen Umrichtern) können allerdings auch andere onli- ne-oder offline-Modulationsverfahren verwendet werden ; in diesem Fall ist die Synchronisierung in anderer, geeigneter Weise zu realisieren.

Die signaltechnischen Funktionen der Steuervorrichtung (5) bzw. der Ansteuervorrichtungen (51,52) sind vorteilhafter-

weise in zumindest einem programmierbaren Hardwarebaustein, insbesondere LCA, und/oder mittels Software in einer digita- len Signalverarbeitung mit mindestens einem digitalen Prozes- sor realisiert und/oder als herkömmliche Hardware in Analog- und/oder Digitaltechnik ausgeführt.

Wird die Drehfeldmaschine 3 von mehr als zwei Pulsumrichtern 1, 2 von einer gemeinsamen DC-Spannungsversorgung 4 gespeist, so werden jeweils je zwei dieser Pulsumrichter mit dem erfin- dungsgemäßen Ansteuerverfahren betrieben, so dass sich die jeweiligen, von den je zwei Pulsumrichtern erzeugten Common- Mode-Störströme gegeneinander aufheben.

Treten Unterschiede in den Momentanwerten der Steuerspannun- gen Ustl, Ust2 der beiden Pulsumrichter 1, 2 auf, wie das z. B. bei unterschiedlichen Grundschwingungsphasenlagen von Drehstrommaschinen sein kann, verbleiben Reste im resultie- renden Common-Mode-Störstrom Icmg. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Lösung deshalb dann einsetzbar, wenn je- weils ein Paar von Pulsumrichtern 1, 2 gleiche oder nahezu gleiche (bzw. inverse) Ausgangsspannungen erzeugen und damit Wicklungsstränge 31,32 oder mehrphasige Wicklungssysteme 33, 34 mit gleicher (bzw. inverser) Grundschwingungsphasenlage gespeist werden.

Derartige, insbesondere als rotorseitig permanentmagnetisch erregte Synchronmaschinen ausgebildete Drehfeldmaschinen kön- nen aufgrund der Einzelspeisung ihrer Wicklungsstränge bzw. durch Verwendung mehrerer mehrphasiger Wicklungssysteme für hohe Antriebsleistungen ausgelegt werden, wie sie insbesonde- re z. B. für den Propulsionsantrieb eines Schiffes, inbesonde- re eines U-Bootes, benötigt wird.