DE102020210554A1 - inverter - Google Patents

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Simon Puls
Martin Ehlich
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Lenze SE
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
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Abstract

Wechselrichter (1), aufweisend:- einen Zwischenkreis-Anschluss (2) zum Anschließen des Wechselrichters (1) an einen Gleichspannungs-Zwischenkreis (3),- einen Leistungsteil (4), der dazu ausgebildet ist, aus einer am Gleichspannungs-Zwischenkreis (3) anstehenden Gleichspannung (UG) eine Anzahl von Wechselspannungen (u, v, w) zur Ansteuerung eines Elektromotors (5) zu erzeugen, und- eine Schutzschaltung (6), die zwischen den Zwischenkreis-Anschluss (2) und den Leistungsteil (4) eingeschleift ist,- wobei die Schutzschaltung (6) dazu ausgebildet ist,- bei einer Stromrichtung vom Gleichspannungs-Zwischenkreis (3) zum Wechselrichter (1) den Zwischenkreis-Anschluss (2) vom Leistungsteil (4) zu trennen, sobald eine erste Maximalbelastung überschritten wird, und- bei einer Stromrichtung vom Wechselrichter (1) zum Gleichspannungs-Zwischenkreis (3) den Zwischenkreis-Anschluss (2) vom Leistungsteil (4) zu trennen, sobald eine zweite Maximalbelastung überschritten wird, wobei sich die erste Maximalbelastung von der zweiten Maximalbelastung unterscheidet.Inverter (1), having: - an intermediate circuit connection (2) for connecting the inverter (1) to a DC voltage intermediate circuit (3), - a power unit (4) which is designed to consist of a DC voltage intermediate circuit ( 3) the DC voltage (UG) present to generate a number of AC voltages (u, v, w) for controlling an electric motor (5), and- a protective circuit (6) which is connected between the intermediate circuit connection (2) and the power section (4 ) is looped in,- the protective circuit (6) being designed to separate the intermediate circuit connection (2) from the power unit (4) when the current flows from the DC voltage intermediate circuit (3) to the inverter (1) as soon as a first maximum load is exceeded, and with a current direction from the inverter (1) to the DC link (3) to disconnect the link connection (2) from the power unit (4) as soon as a second maximum load is exceeded, the first maximum load differs from the second maximum load.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter.The invention relates to an inverter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wechselrichter zur Verfügung zu stellen, der möglichst zuverlässig betrieben werden kann.The object of the invention is to provide an inverter that can be operated as reliably as possible.

Der Wechselrichter weist einen herkömmlichen, beispielsweise zweipoligen, Zwischenkreis-Anschluss zum Anschließen des Wechselrichters an einen Gleichspannungs-Zwischenkreis (auch als Zwischenkreisverbund oder DC-Bus bezeichnet) auf. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.The inverter has a conventional, for example two-pole, intermediate circuit connection for connecting the inverter to a DC voltage intermediate circuit (also referred to as an intermediate circuit group or DC bus). In this respect, reference is also made to the relevant technical literature.

Der Wechselrichter weist weiter einen herkömmlichen Leistungsteil auf, der dazu ausgebildet ist, aus einer am Gleichspannungs-Zwischenkreis anstehenden Gleichspannung eine Anzahl, beispielsweise drei, von Wechselspannungen zur Ansteuerung eines Elektromotors, beispielsweise eines Drehstrommotors, zu erzeugen. Der Leistungsteil kann beispielsweise drei aus Halbleiterschaltmitteln gebildete Halbbrücken aufweisen, usw. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.The inverter also has a conventional power section, which is designed to generate a number, for example three, of AC voltages for driving an electric motor, for example a three-phase motor, from a DC voltage present at the DC voltage intermediate circuit. The power section can have, for example, three half-bridges formed from semiconductor switching means, etc. In this respect, reference is also made to the relevant specialist literature.

Der Wechselrichter weist weiter eine Schutzschaltung auf, die zwischen den Zwischenkreis-Anschluss und den Leistungsteil geschaltet ist.The inverter also has a protective circuit that is connected between the intermediate circuit connection and the power section.

Die Schutzschaltung ist dazu ausgebildet, bei einer Stromrichtung vom Gleichspannungs-Zwischenkreis zum/in den Wechselrichter den Zwischenkreis-Anschluss vom Leistungsteil zu trennen, sobald eine erste Maximalbelastung überschritten wird, und bei einer Stromrichtung vom Wechselrichter zum Gleichspannungs-Zwischenkreis den Zwischenkreis-Anschluss vom Leistungsteil zu trennen, sobald eine zweite Maximalbelastung überschritten wird, wobei sich die erste Maximalbelastung von der zweiten Maximalbelastung unterscheidet.The protective circuit is designed to disconnect the intermediate circuit connection from the power section when the current direction is from the DC voltage intermediate circuit to/into the inverter as soon as a first maximum load is exceeded, and when the current direction is from the inverter to the DC voltage intermediate circuit, the intermediate circuit connection from the power section to disconnect as soon as a second maximum load is exceeded, wherein the first maximum load differs from the second maximum load.

Über den Zwischenkreis-Anschluss versorgte Wechselrichter sollen bei einem Kurzschluss im versorgenden Zwischenkreis bzw. DC-Netz nicht ausfallen. Der Kurzschluss kann z.B. durch einen Verdrahtungsfehler, eine Beschädigung der Zuleitungen oder durch den Ausfall eines anderen Zwischenkreisverbund-Teilnehmers entstehen. In diesem Fall speist der Wechselrichter sowohl die in den eigenen Kapazitäten gespeicherte elektrische Energie als auch die in einem möglicherweise angeschlossenen Elektromotor gespeicherte mechanische (rotatorische) Energie in den Kurzschluss.Inverters supplied via the intermediate circuit connection should not fail in the event of a short circuit in the supplying intermediate circuit or DC grid. The short circuit can be caused, for example, by a wiring error, damage to the supply lines or the failure of another DC link group participant. In this case, the inverter feeds both the electrical energy stored in its own capacities and the mechanical (rotary) energy stored in a possibly connected electric motor into the short circuit.

Herkömmlich werden Schutzelemente so ausgelegt, dass sie in diesem Fall auslösen, obwohl der Wechselrichter selber keinen Defekt aufweist. Das liegt daran, dass die verwendeten Schutzelemente für die andere Stromrichtung (aus dem Zwischenkreis in den Wechselrichter hinein) dimensioniert werden und zum Beispiel stromrichtungs-unabhängig bereits bei einem DC-Strom auslösen, der höher als der Gerätemaximalstrom ist, um einen Brand im Gerät zu verhindern. Dieser könnte auftreten, wenn der Wechselrichter selber einen Kurzschluss aufweist, beispielsweise aufgrund defekter Leistungshalbleiter, und aus dem Zwischenkreis bzw. Zwischenkreisverbund (DC-Netz) „unbegrenzt“ Energie in den Wechselrichter gespeist wird, aber auch, wenn der Wechselrichter an seinem Zwischenkreis-Anschluss kurz geschlossen wird.Conventionally, protective elements are designed in such a way that they trigger in this case, even though the inverter itself is not defective. This is due to the fact that the protective elements used are dimensioned for the other current direction (from the intermediate circuit into the inverter) and, for example, trip regardless of the current direction at a DC current that is higher than the maximum device current, in order to cause a fire in the device impede. This could occur if the inverter itself has a short circuit, for example due to defective power semiconductors, and "unlimited" energy is fed into the inverter from the intermediate circuit or intermediate circuit group (DC network), but also if the inverter is connected to its intermediate circuit connection will be closed shortly.

Erfindungsgemäß wird im Wechselrichter direkt hinter dem Zwischenkreis-Anschluss eine ein- oder zweipolige Richtungs-sensitive Schutzschaltung angeordnet. Diese kann zum Beispiel mit Hilfe schnell schaltender, verlustarmer Leistungshalbleiter (SiC oder GaN) aufgebaut werden. Das Besondere an dieser Schutzschaltung ist die Auslegung auf eine bekannte Maximalbelastung (Stromverlauf, i2t-Wert, Gesamtenergie), welche genau dann entsteht, wenn der Wechselrichter an seinem Zwischenkreis-Anschluss kurzgeschlossen wird. Die Schutzschaltung wird so dimensioniert, dass sie in diesem Fall sicher nicht auslöst. Dabei wird vorausgesetzt, dass Anschlusstechnik, Leiterbahnen und Bauteile (insbesondere die Zwischenkreiskondensatoren und die Wechselrichterdioden) im Wechselrichter derart ausgelegt sind, dass sie diesen Fehlerfall zumindest einige Male im Lebenszyklus überstehen.According to the invention, a one-pole or two-pole direction-sensitive protective circuit is arranged in the inverter directly behind the intermediate circuit connection. This can be built up, for example, using fast-switching, low-loss power semiconductors (SiC or GaN). What is special about this protective circuit is that it is designed for a known maximum load (current curve, i 2 t value, total energy), which occurs precisely when the inverter is short-circuited at its intermediate circuit connection. The protective circuit is dimensioned in such a way that it will definitely not trip in this case. It is assumed that the connection technology, printed conductors and components (in particular the intermediate circuit capacitors and the inverter diodes) in the inverter are designed in such a way that they survive this fault at least a few times in the life cycle.

Die Schutzschaltung kann aufgrund der Stromerfassung, Stromrichtungserkennung und dedizierter Schalter-Ansteuerung so ausgelegt werden, dass sie bereits bei solchen Strömen/ i2t-Wert-Grenzwerten/Gesamtenergien auslöst, welche nur wenig über den Werten liegen, die vom Gerät im Betrieb in beiden Stromrichtungen und im Fehlerfall „Gerät wird am Zwischenkreis-Anschluss kurzgeschlossen“ in generatorischer Richtung zugelassen werden. Damit wird nicht nur im Kurzschlussfall „Gerät ist defekt“ ein Brand verhindert, sondern zusätzlich kann der Wechselrichter im Überlastungsfall (Last erfordert einen zu hohen motorischen Strom) abgeschaltet werden, bevor ein integriertes Bauteil überlastet wird.Due to the current detection, current direction detection and dedicated switch control, the protective circuit can be designed in such a way that it trips even at currents/i 2 t value limit values/total energies that are only slightly above the values that the device during operation in both current directions and in the event of an error "device is short-circuited at the intermediate circuit connection" in the generator direction. This not only prevents a fire in the event of a short circuit "device is defective", but also the inverter can be switched off in the event of an overload (load requires too high a motor current) before an integrated component is overloaded.

Die in den Wechselrichter integrierte Schutzschaltung unterscheidet folglich externe und interne Fehlerfälle durch Strommessung und löst sowohl Stromrichtungs-sensitiv als auch überlastabhängig aus.The protective circuit integrated in the inverter consequently differentiates between external and internal faults by measuring the current and triggers both current direction-sensitive and overload-dependent.

Eine weitere Ausführungsform berücksichtigt dabei dynamisch den vom Wechselrichter zum Gleichspannungs-Zwischenkreis und/oder den vom Gleichspannungs-Zwischenkreis zum Wechselrichter fließenden Strom, der sich aus Aussteuergrad und Zwischenkreisspannung berechnen lässt oder messtechnisch im Wechselrichter ermittelt wird, und vergleicht diesen mit dem Strom im Zwischenkreis auf Plausibilität. In Abhängigkeit von der Höhe der Leistungs- bzw. Stromdifferenz, die bei der Plausibilitätsprüfung ermittelt wird, kann eine Warnung ausgegeben werden oder eine Abschaltung ausgelöst werden. Eine solche Differenz zwischen Aufnahme- und Abgabeleistung kann z.B. durch einen hochohmigen Erd- oder Kurzschluss entstehen. Das Vorzeichen der Differenz gibt Aufschluss über die Fehlerstelle.A further embodiment dynamically takes into account that from the inverter to the DC link and/or from the DC link to the inverter ter flowing current, which can be calculated from the modulation factor and intermediate circuit voltage or is determined by measurement in the inverter, and compares this with the current in the intermediate circuit for plausibility. Depending on the size of the power or current difference, which is determined during the plausibility check, a warning can be issued or a shutdown can be triggered. Such a difference between input and output power can occur, for example, due to a high-impedance earth fault or short circuit. The sign of the difference provides information about the error location.

Als Wechselrichter wird hier ein Antriebsregelgerät bezeichnet, das zumindest einen Zwischenkreis-Anschluss bzw. DC-Anschluss als Leistungs-/Versorgungsanschluss besitzt. Das kann ein Schaltschrankgerät, ein Feldgerät, ein an den Motor angebautes oder ein in den Motor integriertes Gerät sein. Der Wechselrichter kann zusätzlich einen AC-Anschluss mit aktivem oder passivem Infeed besitzen, wobei dieser für die beanspruchte Funktionalität aber unerheblich ist.An inverter is a drive control device that has at least one intermediate circuit connection or DC connection as a power/supply connection. This can be a control cabinet device, a field device, a device attached to the motor or a device integrated in the motor. The inverter can also have an AC connection with an active or passive infeed, although this is irrelevant for the required functionality.

Als externer Fehlerfall wird dabei insbesondere ein Fehler (insbesondere Kurzschluss) im versorgenden Zwischenkreis bzw. DC-Netz betrachtet. Als interner Fehlerfall wird dabei ein Fehler (insbesondere Kurzschluss) im Gerät betrachtet.In particular, a fault (in particular a short circuit) in the supplying intermediate circuit or DC network is considered to be an external fault. An error (particularly a short circuit) in the device is considered an internal error.

In einer Ausführungsform ist der ersten Maximalbelastung ein vorgegebener Stromverlauf eines Stroms vom Gleichspannungs-Zwischenkreis zum Wechselrichter zugeordnet, und/oder ein I2t-Wert des Stroms vom Gleichspannungs-Zwischenkreis zum Wechselrichter zugeordnet, und/oder eine Gesamtenergie zugeordnet, die aus dem Gleichspannungs-Zwischenkreis an den Wechselrichter abgegeben wird.In one embodiment, the first maximum load is assigned a predetermined current profile of a current from the DC link to the inverter, and/or an I 2 t value of the current from the DC link to the inverter, and/or a total energy that is generated from the DC voltage -Intermediate circuit is delivered to the inverter.

In einer Ausführungsform ist der zweiten Maximalbelastung ein vorgegebener Stromverlauf eines Stroms vom Wechselrichter zum Gleichspannungs-Zwischenkreis zugeordnet, und/oder ein I2t-Wert des Stroms vom Wechselrichter zum Gleichspannungs-Zwischenkreis zugeordnet, und/oder eine Gesamtenergie zugeordnet, die vom Wechselrichter an den Gleichspannungs-Zwischenkreis abgegeben wird.In one embodiment, the second maximum load is assigned a predetermined current profile of a current from the inverter to the DC link, and/or an I 2 t value of the current from the inverter to the DC link, and/or a total energy that is supplied by the inverter to is delivered to the DC link.

In einer Ausführungsform weist die Schutzschaltung auf: einen Stromsensor, der dazu ausgebildet ist, eine Stromstärke und eine Stromrichtung eines zwischen Gleichspannungs-Zwischenkreis und Wechselrichter fließenden Stroms zu messen, eine Anzahl von ansteuerbaren Schaltmitteln, beispielsweise Halbleiterschaltmitten und/oder Relais, die zwischen den Zwischenkreis-Anschluss und den Leistungsteil eingeschleift sind, und eine Steuereinrichtung, die mit dem Stromsensor und den Schaltmitteln gekoppelt ist und die die Schaltmittel stromrichtungsabhängig und stromstärkeabhängig ansteuert.In one embodiment, the protective circuit has: a current sensor, which is designed to measure a current intensity and a current direction of a current flowing between the DC voltage intermediate circuit and the inverter, a number of controllable switching means, for example semiconductor switching centers and/or relays, which are connected between the intermediate circuit connection and the power section are looped in, and a control device which is coupled to the current sensor and the switching means and which controls the switching means depending on the current direction and current intensity.

In einer Ausführungsform weist die Schutzschaltung auf: einen Spannungssensor, der dazu ausgebildet ist, eine Spannung am Zwischenkreis-Anschluss zu messen.In one embodiment, the protective circuit has: a voltage sensor, which is designed to measure a voltage at the intermediate circuit connection.

In einer Ausführungsform weist der Wechselrichter einen Zwischenkreiskondensator auf, wobei die Schutzschaltung dazu ausgebildet ist, den Zwischenkreiskondensator vorzuladen. Mit anderen Worten bildet die Schutzschaltung auch eine Vorladeschaltung zum Vorladen des Zwischenkreiskondensators beim Einschalten des Wechselrichters.In one embodiment, the inverter has an intermediate circuit capacitor, with the protective circuit being designed to precharge the intermediate circuit capacitor. In other words, the protective circuit also forms a pre-charging circuit for pre-charging the intermediate circuit capacitor when the inverter is switched on.

In einer Ausführungsform ist die Schutzschaltung dazu ausgebildet, den Wechselrichter bei einer Wartungsanforderung von dem Gleichspannungs-Zwischenkreis galvanisch zu trennen.In one embodiment, the protective circuit is designed to electrically isolate the inverter from the DC voltage intermediate circuit when maintenance is required.

In einer Ausführungsform weist der Wechselrichter eine Betätigungseinrichtung auf, mittels der ein Benutzer die Wartungsanforderung auslösen kann.In one embodiment, the inverter has an actuating device, by means of which a user can trigger the maintenance request.

In einer Ausführungsform weist der Wechselrichter eine Feldbus-Schnittstelle auf, über die beispielsweise Zustandsinformationen, Sensorwerte usw. zu einem anderen Feldbus-Teilnehmer übertragbar sind und/oder auch die Wartungsanforderung empfangen werden kann.In one embodiment, the inverter has a fieldbus interface via which, for example, status information, sensor values, etc. can be transmitted to another fieldbus user and/or the maintenance request can also be received.

Die Schutzschaltung ist in den Wechselrichter integriert, so dass dieser direkt an ein offenes DC-Netz angeschlossen und in diesem betrieben werden kann.The protection circuit is integrated into the inverter so that it can be connected directly to and operated in an open DC grid.

Die Schutzschaltung weist folgende Funktionen auf.The protection circuit has the following functions.

Der Wechselrichter wird geschützt, beispielsweise bei einem Netzfehler, und der Zwischenkreisverbund wird geschützt, beispielsweise bei einem Fehler des Wechselrichters. Der Schutz erfolgt durch Erkennen und Abschalten/Trennen des Wechselrichters. Die Erkennung kann über eine Schnittstelle zur Steuerung des Wechselrichters dynamisch im laufenden Betrieb adaptiert werden. Positive und negative Abweichungen können unterschiedlich bewertet sein.The inverter is protected, for example in the event of a grid fault, and the intermediate circuit group is protected, for example in the event of an inverter fault. Protection is provided by detecting and shutting down/disconnecting the inverter. The detection can be dynamically adapted during operation via an interface for controlling the inverter. Positive and negative deviations can be evaluated differently.

Der geräteinterne Zwischenkreis kann vorgeladen werden. Das Vorladen des geräteinternen Zwischenkreises kann bei der Zuschaltung des Wechselrichters unter Spannung durch übliche Vorladeeinrichtungen der Schutzschaltung erfolgen, passiv durch z.B. Widerstand, PTC oder aktiv mittels der Halbleiterschalter und einer Induktivität.The device-internal intermediate circuit can be pre-charged. The device-internal intermediate circuit can be pre-charged when the inverter is switched on under voltage using the usual pre-charging devices of the protective circuit, pas siv, for example, by means of a resistor, PTC or actively by means of the semiconductor switch and an inductor.

Strom und Spannung können gemessen werden. Der Strom und die Spannung können durch übliche Messverfahren gemessen werden, beispielsweise Widerstand, Shunt oder Sensor. Schnelle Stromänderungen (Kurzschluss, di/dt) können mittels UCE-SAT-Überwachung erkannt werden (Sättigung des IGBTs). Über eine Schnittstelle können die Messwerte bereitgestellt werden.Current and voltage can be measured. The current and the voltage can be measured using the usual measuring methods, for example resistance, shunt or sensor. Rapid current changes (short circuit, di/dt) can be detected using UCE-SAT monitoring (IGBT saturation). The measured values can be made available via an interface.

Die Schutzschaltung ermöglicht eine sichere galvanische Trennung, beispielsweise zu Wartungszwecken. Die galvanische Trennung kann beispielsweise durch ein mechanisch trennendes Element verwirklicht werden, beispielsweise einen Relaiskontakt. Dieser kann sicher ausgeführt und angesteuert sein.The protective circuit enables safe galvanic isolation, for example for maintenance purposes. The galvanic separation can be implemented, for example, by a mechanically separating element, for example a relay contact. This can be carried out and controlled safely.

Es besteht die Möglichkeit der direkten Bedienung bzw. Aktivierung der Schutzschaltung durch einen Benutzer, z.B. über Taster/Schalter und mit Rückmeldung, beispielsweise über Signalleuchten. Die Bedienung kann beispielsweise wie bei einem Wartungsschalter bei dezentralen AC-Geräten erfolgen. Eine Bedienung kann mittels Taster erfolgen.There is the possibility of direct operation or activation of the protective circuit by a user, e.g. via buttons/switches and with feedback, e.g. via signal lights. For example, it can be operated like a maintenance switch for decentralized AC devices. It can be operated using a button.

Der Wechselrichter kann sich bei Fehlern im Zwischenkreisverbund und bei wechselrichterinternen Fehlern selbsttätig vom Zwischenkreisverbund trennen und damit geschützt werden.In the event of errors in the intermediate circuit group and in the event of internal inverter errors, the inverter can disconnect itself from the intermediate circuit group and thus be protected.

Der Wechselrichter kann im Wartungsfall vom „laufenden“ Zwischenkreisverbund getrennt und wieder kontaktiert werden.In the event of maintenance, the inverter can be disconnected from the “running” DC link network and contacted again.

Die wechselrichterinterne Schutzschaltung kann sowohl auf einen Überstrom im Fehlerfall (Überwachung der Anstiegszeit) als auch auf einen zu hohen Dauerstrom (Überwachung des Mittelwerts) reagieren.The protective circuit inside the inverter can react both to an overcurrent in the event of a fault (monitoring of the rise time) and to a continuous current that is too high (monitoring of the mean value).

Die wechselrichterinterne Schutzschaltung kann sich (im Gegensatz zu allen externen Überwachungselementen) dynamisch auf den aktuellen Betriebszustand einstellen und entsprechend „feinfühlig“ reagieren, weil der aktuelle Ausgangsstrom im Wechselrichter sowie die wechselrichterinternen Verluste bekannt sind.The protective circuit inside the inverter can (in contrast to all external monitoring elements) adjust itself dynamically to the current operating status and react accordingly "sensitively" because the current output current in the inverter and the losses inside the inverter are known.

Die wechselrichterinterne Schutzschaltung kann eine Überwachung der Netzsymmetrie ausführen (Messung der Spannungen +UZK gegen PE und -UZK gegen PE an den Y-Kondensatoren).The protective circuit inside the inverter can monitor the mains symmetry (measurement of the voltages +UZK against PE and -UZK against PE at the Y capacitors).

Der Wechselrichter bzw. die internen Kondensatoren können vorgeladen werden.The inverter or the internal capacitors can be pre-charged.

Der Wechselrichter kann eine „Bedieneinheit“ bzw. einen Wartungsschalter enthalten.The inverter can contain a "control unit" or a maintenance switch.

Dadurch kann der Wechselrichter direkt an einem offenen DC-Netz bzw. Zwischenkreisverbund betrieben werden.As a result, the inverter can be operated directly on an open DC network or intermediate circuit group.

Die Erfindung wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigt:

  • 1 einen erfindungsgemäßen Wechselrichter.
The invention is described in detail below with reference to the drawing. This shows:
  • 1 an inverter according to the invention.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Wechselrichter 1. 1 shows an inverter 1 according to the invention.

Der Wechselrichter 1 weist einen zweipoligen Zwischenkreis-Anschluss 2 zum Anschließen des Wechselrichters 1 an einen Gleichspannungs-Zwischenkreis bzw. Zwischenkreisverbund 3 auf.The inverter 1 has a two-pole intermediate circuit connection 2 for connecting the inverter 1 to a DC voltage intermediate circuit or intermediate circuit group 3 .

Der Wechselrichter 1 weist weiter einen Leistungsteil 4 auf, der beispielsweise eine exemplarisch dargestellte H6-Brücke 15 aufweist und der dazu ausgebildet ist, mittels der H6-Brücke 15 aus einer am Gleichspannungs-Zwischenkreis 3 anstehenden Gleichspannung UG drei Wechselspannungen u, v, w zur Ansteuerung eines Elektromotors 5 zu erzeugen. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.The inverter 1 also has a power section 4, which has, for example, an H6 bridge 15 shown as an example and which is designed to use the H6 bridge 15 to generate three AC voltages u, v, w from a DC voltage UG present in the DC voltage intermediate circuit 3 To generate control of an electric motor 5. In this respect, reference is also made to the relevant technical literature.

Der Wechselrichter 1 weist weiter eine Schutzschaltung 6 auf, die zwischen den Zwischenkreis-Anschluss 2 und den Leistungsteil 4 eingeschleift ist und die dazu ausgebildet ist, bei einer Stromrichtung vom Gleichspannungs-Zwischenkreis 3 zum Wechselrichter 1 den Zwischenkreis-Anschluss 2 vom Leistungsteil 4 in mindestens einem Leistungspfad zu trennen, sobald eine erste Maximalbelastung überschritten wird, und bei einer Stromrichtung vom Wechselrichter 1 zum Gleichspannungs-Zwischenkreis 3 den Zwischenkreis-Anschluss 2 vom Leistungsteil 4 zu trennen, sobald eine zweite Maximalbelastung überschritten wird, wobei sich die erste Maximalbelastung von der zweiten Maximalbelastung unterscheidet. Die zweite Maximalbelastung kann beispielsweise größer als die erste Maximalbelastung sein oder umgekehrt.The inverter 1 also has a protective circuit 6, which is looped in between the intermediate circuit connection 2 and the power section 4 and which is designed to protect the intermediate circuit connection 2 from the power section 4 in at least to disconnect from a power path as soon as a first maximum load is exceeded, and to disconnect the intermediate circuit connection 2 from the power section 4 in the case of a current direction from the inverter 1 to the DC link 3 as soon as a second maximum load is exceeded, with the first maximum load being different from the second Maximum load differs. The second maximum load can be greater than the first maximum load, for example, or vice versa.

Der ersten Maximalbelastung kann ein vorgegebener Stromverlauf eines Stroms IMOT vom Gleichspannungs-Zwischenkreis 3 zum Wechselrichter 1 zugeordnet sein, und/oder ein I2t-Wert des Stroms IMOT vom Gleichspannungs-Zwischenkreis 3 zum Wechselrichter 1 zugeordnet sein, und/oder eine maximale Gesamtenergie zugeordnet sein, die aus dem Gleichspannungs-Zwischenkreis 3 an den Wechselrichter 1 abgegeben wird.A predetermined current course of a current IMOT from the DC link 3 to the inverter 1 can be assigned to the first maximum load, and/or an I 2 t value of the current IMOT from the DC link 3 to the inverter 1 can be assigned, and/or a maximum total energy be assigned, which is delivered from the DC voltage intermediate circuit 3 to the inverter 1.

Der zweiten Maximalbelastung kann ein vorgegebener Stromverlauf eines Stroms IGEN vom Wechselrichter 1 zum Gleichspannungs-Zwischenkreis 3 zugeordnet sein, und/oder ein I2t-Wert des Stroms IGEN vom Wechselrichter 1 zum Gleichspannungs-Zwischenkreis 3 zugeordnet sein, und/oder eine maximale Gesamtenergie zugeordnet sein, die vom Wechselrichter 1 an den Gleichspannungs-Zwischenkreis 3 abgegeben wird.The second maximum load can be assigned a predetermined current profile of a current IGEN from the inverter 1 to the DC link 3, and/or an I 2 t value of the current IGEN from the inverter 1 to the DC link 3, and/or a maximum total energy be assigned, which is delivered from the inverter 1 to the DC voltage intermediate circuit 3.

Die Schutzschaltung 6 weist einen Stromsensor 8 auf, der dazu ausgebildet ist, eine Stromstärke und eine Stromrichtung eines zwischen Gleichspannungs-Zwischenkreis 3 und Wechselrichter 1 fließenden Stroms IDC+, IDC- zu messen.The protective circuit 6 has a current sensor 8 which is designed to measure a current intensity and a current direction of a current IDC+, IDC- flowing between the DC voltage intermediate circuit 3 and the inverter 1 .

Die Schutzschaltung 6 weist weiter vier ansteuerbare Schaltmittel S1-S4 in der dargestellten Beschaltung auf, wobei die Schaltmittel S1 und S2 in Serie in einen oberen Zweig zwischen den Zwischenkreis-Anschluss 2 und den Leistungsteil 4 eingeschleift sind und wobei die Schaltmittel S3 und S4 in Serie in einen unteren Zweig zwischen den Zwischenkreis-Anschluss 2 und den Leistungsteil 4 eingeschleift sind.The protective circuit 6 also has four controllable switching means S1-S4 in the circuit shown, the switching means S1 and S2 being looped in series in an upper branch between the intermediate circuit connection 2 and the power section 4, and the switching means S3 and S4 being in series are looped into a lower branch between the intermediate circuit connection 2 and the power unit 4.

Die Schutzschaltung 6 weist weiter eine Steuereinrichtung 9 auf, die mit dem Stromsensor 8 und den Schaltmitteln S1-S4 gekoppelt ist und die die Schaltmittel S1-S4 stromrichtungsabhängig und stromstärkeabhängig ansteuert.The protective circuit 6 also has a control device 9 which is coupled to the current sensor 8 and the switching means S1-S4 and which controls the switching means S1-S4 as a function of the current direction and current intensity.

Die Schutzschaltung 6 weist weiter einen Spannungssensor 11 auf, der dazu ausgebildet ist, die Spannung UG am Zwischenkreis-Anschluss zu messen.The protective circuit 6 also has a voltage sensor 11 which is designed to measure the voltage UG at the intermediate circuit connection.

Die Schutzschaltung 6 weist weiter herkömmliche Entstördrosseln 14 in der dargestellten Verschaltung auf.The protective circuit 6 also has conventional interference suppression chokes 14 in the configuration shown.

Der Wechselrichter 1 weist weiter einen Zwischenkreiskondensator 7 auf, wobei die Schutzschaltung 6 dazu ausgebildet ist, den Zwischenkreiskondensator 7 beim Einschalten vorzuladen. Hierzu ist exemplarisch ein PTC-Element 10 vorgesehen.The inverter 1 also has an intermediate circuit capacitor 7, with the protective circuit 6 being designed to precharge the intermediate circuit capacitor 7 when it is switched on. For this purpose, a PTC element 10 is provided as an example.

Die Schutzschaltung 6 ist dazu ausgebildet, den Wechselrichter 1 bei einer Wartungsanforderung von dem Gleichspannungs-Zwischenkreis 3 galvanisch zu trennen. Hierzu weist der Wechselrichter 1 eine Betätigungseinrichtung 12 auf, mittels der ein Benutzer die Wartungsanforderung auslösen kann.The protective circuit 6 is designed to electrically isolate the inverter 1 from the DC link 3 when maintenance is required. For this purpose, the inverter 1 has an actuating device 12, by means of which a user can trigger the maintenance request.

Der Wechselrichter 1 weist eine Feldbus-Schnittstelle 13 zum Datenaustausch mit externen Geräten auf.The inverter 1 has a fieldbus interface 13 for data exchange with external devices.

Claims (11)

Wechselrichter (1), aufweisend: - einen Zwischenkreis-Anschluss (2) zum Anschließen des Wechselrichters (1) an einen Gleichspannungs-Zwischenkreis (3), - einen Leistungsteil (4), der dazu ausgebildet ist, aus einer am Gleichspannungs-Zwischenkreis (3) anstehenden Gleichspannung (UG) eine Anzahl von Wechselspannungen (u, v, w) zur Ansteuerung eines Elektromotors (5) zu erzeugen, und - eine Schutzschaltung (6), die zwischen den Zwischenkreis-Anschluss (2) und den Leistungsteil (4) eingeschleift ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Schutzschaltung (6) dazu ausgebildet ist, - bei einer Stromrichtung vom Gleichspannungs-Zwischenkreis (3) zum Wechselrichter (1) den Zwischenkreis-Anschluss (2) vom Leistungsteil (4) zu trennen, sobald eine erste Maximalbelastung überschritten wird, und - bei einer Stromrichtung vom Wechselrichter (1) zum Gleichspannungs-Zwischenkreis (3) den Zwischenkreis-Anschluss (2) vom Leistungsteil (4) zu trennen, sobald eine zweite Maximalbelastung überschritten wird, wobei sich die erste Maximalbelastung von der zweiten Maximalbelastung unterscheidet.Inverter (1), having: - an intermediate circuit connection (2) for connecting the inverter (1) to a DC voltage intermediate circuit (3), - a power section (4) which is designed to consist of a DC voltage intermediate circuit ( 3) the DC voltage (UG) present to generate a number of AC voltages (u, v, w) for controlling an electric motor (5), and - a protective circuit (6) which is connected between the intermediate circuit connection (2) and the power section (4 ) is looped in, characterized in that - the protective circuit (6) is designed to - with a current direction from the DC voltage intermediate circuit (3) to the inverter (1), to disconnect the intermediate circuit connection (2) from the power unit (4) as soon as a first maximum load is exceeded, and - in the case of a current direction from the inverter (1) to the DC voltage intermediate circuit (3), to disconnect the intermediate circuit connection (2) from the power unit (4) as soon as a second maximum load is exceeded , where the first maximum load differs from the second maximum load. Wechselrichter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - der ersten Maximalbelastung ein vorgegebener Stromverlauf eines Stroms (IMOT) vom Gleichspannungs-Zwischenkreis (3) zum Wechselrichter (1) zugeordnet ist, und/oder ein I2t-Wert des Stroms (IMOT) vom Gleichspannungs-Zwischenkreis (3) zum Wechselrichter (1) zugeordnet ist, und/oder eine Gesamtenergie zugeordnet ist, die aus dem Gleichspannungs-Zwischenkreis (3) an den Wechselrichter (1) abgegeben wird.Inverter (1) after claim 1 , characterized in that - the first maximum load is assigned a predetermined current profile of a current (IMOT) from the DC link (3) to the inverter (1), and/or an I 2 t value of the current (IMOT) from the DC link (3) is assigned to the inverter (1), and/or a total energy is assigned, which is delivered from the DC link (3) to the inverter (1). Wechselrichter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass - der zweiten Maximalbelastung ein vorgegebener Stromverlauf eines Stroms (IGEN) vom Wechselrichter (1) zum Gleichspannungs-Zwischenkreis (3) zugeordnet ist, und/oder ein I2t-Wert des Stroms (IGEN) vom Wechselrichter (1) zum Gleichspannungs-Zwischenkreis (3) zugeordnet ist, und/oder eine Gesamtenergie zugeordnet ist, die vom Wechselrichter (1) an den Gleichspannungs-Zwischenkreis (3) abgegeben wird.Inverter (1) after claim 1 or 2 , characterized in that - the second maximum load is assigned a predetermined current profile of a current (IGEN) from the inverter (1) to the DC link (3), and/or an I 2 t value of the current (IGEN) from the inverter (1 ) is assigned to the DC voltage intermediate circuit (3), and/or a total energy is assigned, which is delivered by the inverter (1) to the DC voltage intermediate circuit (3). Wechselrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Wechselrichter (1) dazu ausgebildet ist, die erste Maximalbelastung und/oder die zweite Maximalbelastung als dynamisch veränderbare Grenzen in Abhängigkeit von einem aktuellen Betriebszustand des Wechselrichters anzupassen, insbesondere in Abhängigkeit von einer Ausgangsleistung und/oder einem Ausgangsstrom des Wechselrichters anzupassen.Inverter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the inverter (1) is designed to adapt the first maximum load and/or the second maximum load as dynamically changeable limits as a function of a current operating state of the inverter, in particular as a function from an output power and/or to adjust an output current of the inverter. Wechselrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Wechselrichter (1) dazu ausgebildet ist, vor Erreichen der ersten Maximalbelastung und/oder vor Erreichen der zweiten Maximalbelastung eine Warnung auszugeben.Inverter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the inverter (1) is designed to issue a warning before the first maximum load is reached and/or before the second maximum load is reached. Wechselrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Schutzschaltung (6) aufweist: - einen Stromsensor (8), der dazu ausgebildet ist, eine Stromstärke und eine Stromrichtung eines zwischen Gleichspannungs-Zwischenkreis (3) und Wechselrichter (1) fließenden Stroms (IDC+, IDC-) zu messen, - eine Anzahl von ansteuerbaren Schaltmitteln (S1-S4), die zwischen den Zwischenkreis-Anschluss (2) und den Leistungsteil (4) eingeschleift sind, und - eine Steuereinrichtung (9), die mit dem Stromsensor (8) und den Schaltmitteln (S1 - S4) gekoppelt ist und die die Schaltmittel (S1-S4) stromrichtungsabhängig und stromstärkeabhängig ansteuert.Inverter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the protective circuit (6) has: - a current sensor (8) which is designed to detect a current intensity and a current direction of a current between the DC voltage intermediate circuit (3) and the inverter ( 1) to measure the current flowing (IDC+, IDC-), - a number of controllable switching means (S1-S4) which are looped in between the intermediate circuit connection (2) and the power section (4), and - a control device (9) , which is coupled to the current sensor (8) and the switching means (S1-S4) and which controls the switching means (S1-S4) depending on the current direction and current intensity. Wechselrichter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass - die Schutzschaltung (6) aufweist: - einen Spannungssensor (11), der dazu ausgebildet ist, eine Spannung (UG) am Zwischenkreis-Anschluss (2) zu messen.Inverter (1) after claim 6 , characterized in that - the protective circuit (6) has: - a voltage sensor (11) which is designed to measure a voltage (UG) at the intermediate circuit connection (2). Wechselrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Wechselrichter (1) einen Zwischenkreiskondensator (7) aufweist, - wobei die Schutzschaltung (6) dazu ausgebildet ist, den Zwischenkreiskondensator (7) vorzuladen.Inverter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the inverter (1) has an intermediate circuit capacitor (7), - the protective circuit (6) being designed to precharge the intermediate circuit capacitor (7). Wechselrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Schutzschaltung (6) dazu ausgebildet ist, den Wechselrichter bei einer Wartungsanforderung von dem Gleichspannungs-Zwischenkreis (3) galvanisch zu trennen.Inverter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the protective circuit (6) is designed to electrically isolate the inverter from the DC voltage intermediate circuit (3) when maintenance is required. Wechselrichter (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass - der Wechselrichter (1) eine Betätigungseinrichtung (12) aufweist, mittels der ein Benutzer die Wartungsanforderung auslösen kann.Inverter (1) after claim 9 , characterized in that - the inverter (1) has an actuating device (12) by means of which a user can trigger the maintenance request. Wechselrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Wechselrichter (1) eine Feldbus-Schnittstelle (13) aufweist.Inverter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the inverter (1) has a field bus interface (13).
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DE102012110236A1 (en) 2012-10-26 2014-04-30 Still Gmbh Separation switching device for power supply unit e.g. fuel cell of electric forklift truck, has circuit breaker opened or closed by vehicle control system of industrial truck over switching terminal of evaluation electronic system
WO2019197459A2 (en) 2018-04-10 2019-10-17 Eaton Intelligent Power Limited System, method, and apparatus for power distribution in an electric mobile application using a combined breaker and relay

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