DE102021215026A1 - Kit for frequency converter and frequency converter - Google Patents
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Abstract
Bausatz (100) für Frequenzumrichter (1), wobei der Bausatz (100) aufweist:- Motorregel-Module (2), die dazu ausgebildet sind, den Betrieb eines an den Frequenzumrichter (1) angeschlossenen Elektromotors (50) zu regeln,- Motoransteuer-Module (3), die dazu ausgebildet sind, den an den Frequenzumrichter (1) angeschlossenen Elektromotor (50) elektrisch anzusteuern,- Ein-/Ausgabe-Module (4), die dazu ausgebildet sind, Eingänge und Ausgänge (16) zur Verfügung zu stellen, und- Safety-Module (5) eines ersten Typs, die dazu ausgebildet sind, Funktionen der funktionalen Sicherheit eines ersten Typs zur Verfügung zu stellen,- wobei die Frequenzumrichter (1) durch Kombinieren der Funktions-Module (2, 3, 4, 5) herstellbar sind.Kit (100) for frequency converter (1), the kit (100) having: - motor control modules (2) which are designed to regulate the operation of an electric motor (50) connected to the frequency converter (1), - motor control - modules (3) which are designed to electrically control the electric motor (50) connected to the frequency converter (1), - input/output modules (4) which are designed to provide inputs and outputs (16). to provide, and- safety modules (5) of a first type, which are designed to provide functional safety functions of a first type,- the frequency converter (1) by combining the function modules (2, 3, 4, 5) can be produced.
Description
Die Erfindung betrifft einen Bausatz für Frequenzumrichter, der eine möglichst flexible und kostengünstige Herstellung von Frequenzumrichtern ermöglicht. Die Erfindung betrifft weiter Frequenzumrichter zusammengesetzt aus dem Bausatz.The invention relates to a kit for frequency converters that enables frequency converters to be manufactured as flexibly and cost-effectively as possible. The invention further relates to frequency converters composed of the kit.
Der Bausatz für Frequenzumrichter weist Motorregel-Module auf, die dazu ausgebildet sind, den Betrieb eines an den Frequenzumrichter angeschlossenen Elektromotors zu regeln, beispielsweise indem eine sogenannte Vektorreglung durchgeführt wird.The kit for frequency converters has motor control modules that are designed to control the operation of an electric motor connected to the frequency converter, for example by carrying out what is known as vector control.
Der Bausatz für Frequenzumrichter weist weiter Motoransteuer-Module auf, die dazu ausgebildet sind, den an den Frequenzumrichter angeschlossenen Elektromotor elektrisch anzusteuern. Die Motoransteuer-Module können beispielsweise unter anderem einen dreiphasigen Wechselrichter aufweisen, der mittels einer Pulsweitenmodulation Phasensignale für einen dreiphasigen Elektromotor erzeugt.The kit for frequency converters also has motor control modules that are designed to electrically control the electric motor connected to the frequency converter. The motor control modules can, for example, have, among other things, a three-phase inverter that generates phase signals for a three-phase electric motor by means of pulse width modulation.
Der Bausatz für Frequenzumrichter weist weiter, insbesondere digitale, Ein-/Ausgabe-Module auf, die dazu ausgebildet sind, eine, insbesondere digitale, Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle zur Verfügung zu stellen.The kit for frequency converters also has input/output modules, in particular digital ones, which are designed to provide an input/output interface, in particular digital ones.
Der Bausatz für Frequenzumrichter weist weiter Safety-Module eines ersten Typs auf, die dazu ausgebildet sind, Funktionen der funktionalen Sicherheit eines ersten Typs zur Verfügung zu stellen, beispielsweise eine so genannte Safe Torque Off STO-Funktion.The kit for frequency converters also has safety modules of a first type, which are designed to provide functional safety functions of a first type, for example what is known as a Safe Torque Off STO function.
Die Frequenzumrichter sind durch Kombinieren bzw. Zusammenschalten mindestens eines der Funktions-Module herstellbar.The frequency converters can be produced by combining or interconnecting at least one of the function modules.
In einer Ausführungsform weist der Bausatz weiter Lagegeber-Module auf, die dazu ausgebildet sind, eine Drehwinkelstellung des an den Frequenzumrichter angeschlossenen Elektromotors zu erfassen. Die Lagegeber-Module können beispielsweise basierend auf Encoder-Signalen, Resolver-Signalen, SinCos-Absolutwertgeber-Signalen, TTL-Inkrementalgeber-Signalen, usw. die Drehwinkelstellung erfassen.In one embodiment, the kit also has position sensor modules that are designed to detect a rotational angle position of the electric motor connected to the frequency converter. The position encoder modules can, for example, based on encoder signals, resolver signals, SinCos absolute value encoder signals, TTL incremental encoder signals, etc., detect the angle of rotation.
In einer Ausführungsform weist der Bausatz weiter Bremsen-Module auf, die dazu ausgebildet sind, eine elektromechanische Motor-Bremse anzusteuern.In one embodiment, the kit also has brake modules that are designed to control an electromechanical motor brake.
In einer Ausführungsform weist der Bausatz weiter Feldbus-Module auf, die dazu ausgebildet sind, eine Feldbus-Schnittstelle zur Verfügung zu stellen. Die Feldbusschnittstelle kann beispielsweise eine EtherCAT Schnittstelle, eine CAN Schnittstelle oder eine PROFINET-Schnittstelle sein.In one embodiment, the kit also has fieldbus modules that are designed to provide a fieldbus interface. The fieldbus interface can be, for example, an EtherCAT interface, a CAN interface or a PROFINET interface.
In einer Ausführungsform weist der Bausatz weiter Zwischenkreisverbund-Module auf, die dazu ausgebildet sind, mehrere Frequenzumrichter in einem Zwischenkreisverbund miteinander elektrisch zu koppeln. Die Zwischenkreisverbund-Module können beispielsweise zur Ausbildung einer zweipoligen Stromschiene vorgesehen sein.In one embodiment, the kit also has intermediate circuit group modules which are designed to electrically couple a plurality of frequency converters to one another in an intermediate circuit group. The intermediate circuit group modules can be provided, for example, to form a two-pole busbar.
In einer Ausführungsform weist der Bausatz weiter Safety-Module eines zweiten Typs auf, die dazu ausgebildet sind, Funktionen der funktionalen Sicherheit eines zweiten Typs zur Verfügung zu stellen, beispielsweise eine Safe Stop SS1-Funktion, und/oder eine Safe Stop SS2-Funktion, und/oder Funktionen einer Sicherheitsbus-Schnittstelle, insbesondere einer FailSafe over EtherCAT FSoE-Schnittstelle. Entsprechende Normen zur funktionalen Sicherheit des ersten Typs und des zweiten Typs sind beispielsweise die EN ISO 13849 und die EN / IEC 62061.In one embodiment, the kit further has safety modules of a second type, which are designed to provide functional safety functions of a second type, for example a Safe Stop SS1 function and/or a Safe Stop SS2 function, and/or functions of a safety bus interface, in particular a FailSafe over EtherCAT FSoE interface. Corresponding standards for functional safety of the first type and the second type are, for example, EN ISO 13849 and EN / IEC 62061.
In einer Ausführungsform weist der Bausatz weiter SPS-Module auf, die dazu ausgebildet sind, Funktionen einer speicherprogrammierbaren Steuerung zur Verfügung zu stellen.In one embodiment, the kit also has PLC modules that are designed to provide functions of a programmable logic controller.
In einer Ausführungsform weist ein jeweiliges Funktions-Modul auf: spezifische, zu dem Funktions-Modul gehörende Bauelemente, und eine spezifische, zu dem Funktions-Modul gehörende Schnittstelle zum Datenaustausch mit einem oder mehreren weiteren Funktionsmodulen. Die Bauelemente können beispielsweise eine Leiterplatte bzw. Leiterplattenbereiche, passive Bauelemente, aktive Bauelemente, Mikroprozessoren, Speicherbauelemente, Leistungsbauelemente, usw. sein bzw. aufweisen. Die Schnittstelle ist bevorzugt digital ausgeführt. Die Schnittstelle kann beispielsweise seriell, parallel, synchron, asynchron, usw. ausgeführt sein. Bevorzugt findet eine Datenübertragung über die Schnittstelle nach einem vorgegebenen und immer gleichen Protokoll statt.In one embodiment, a respective functional module has: specific components belonging to the functional module, and a specific interface belonging to the functional module for data exchange with one or more further functional modules. The components can be or have, for example, a printed circuit board or printed circuit board areas, passive components, active components, microprocessors, memory components, power components, etc. The interface is preferably implemented digitally. The interface can be serial, parallel, synchronous, asynchronous, etc., for example. Data is preferably transmitted via the interface according to a predetermined protocol that is always the same.
Der Frequenzumrichter ist zusammengesetzt aus einem oben beschriebenen Bausatz.The frequency converter consists of a kit as described above.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert beschrieben. Hierbei zeigt:
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1 hoch schematisch einen Bausatz für Frequenzumrichter und einen exemplarisch aus dem Bausatz zusammengesetzten Frequenzumrichter.
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1 highly schematic of a kit for frequency converters and an example of a frequency converter assembled from the kit.
Der Bausatz 100 für Frequenzumrichter weist auf: Motorregel-Module 2, die dazu ausgebildet sind, den Betrieb eines an den Frequenzumrichter 1 angeschlossenen Elektromotors 50 zu regeln, Motoransteuer-Module 3, die dazu ausgebildet sind, den an den Frequenzumrichter 1 angeschlossenen Elektromotor 50 elektrisch anzusteuern, Ein-/Ausgabe-Module 4, die dazu ausgebildet sind, Eingänge und Ausgänge 16 zur Verfügung zu stellen, Safety-Module 5 eines ersten Typs, die dazu ausgebildet sind, Funktionen der funktionalen Sicherheit eines ersten Typs zur Verfügung zu stellen, Safety-Module 10 eines zweiten Typs, die dazu ausgebildet sind, Funktionen der funktionalen Sicherheit eines zweiten Typs zur Verfügung zu stellen, Lagegeber-Module 6, die dazu ausgebildet sind, eine Drehwinkelstellung des an den Frequenzumrichter 1 angeschlossenen Elektromotors 50 zu erfassen, Bremsen-Module 7, die dazu ausgebildet sind, eine elektromechanische Motor-Bremse 60 anzusteuern, Feldbus-Module 8, die dazu ausgebildet sind, eine Feldbus-Schnittstelle 17 zur Verfügung zu stellen, Zwischenkreisverbund-Module 9, die dazu ausgebildet sind, mehrere Frequenzumrichter 1 in einem Zwischenkreisverbund miteinander zu koppeln, und SPS-Module 11, die dazu ausgebildet sind, Funktionen einer speicherprogrammierbaren Steuerung zur Verfügung zu stellen.The
Ein jeweiliges Funktions-Modul 2 bis 11 weist hierbei Bauelemente 12, 13, 14, optional Software und eine Schnittstelle 15 zum Datenaustausch mit anderen Funktionsmodulen 2 bis 11 und gegebenenfalls weiteren Komponenten auf. Es versteht sich, dass die Bauelemente 12, 13, 14 und die Schnittstelle 15 lediglich exemplarische Platzhalter darstellen. Insbesondere weisen die Funktionsmodule 2 bis 11 eine individuelle Anzahl individueller Bauelemente und typisch eine individuelle Schnittstelle auf. Signale werden über die Schnittstelle 15 eines jeweiligen Funktions-Moduls immer identisch ausgegeben und empfangen.A
Die Funktionsmodule 2 bis 11 oder ein Teil der Funktionsmodule 2 bis 11 können beispielsweise auf einer eigenen Leiterplatte mit einer nach außen geführten Schnittstelle 15 aufgebaut sein. Alternativ können die Funktionsmodule 2 bis 11 oder ein Teil der Funktionsmodule 2 bis 11 in einem vorgegebenen Bereich einer Leiterplatte aufgebaut sein, wobei die Schnittstelle 15 über eine Anzahl von Leiterbahnen auf der Leiterplatte gebildet ist.The
Der exemplarisch dargestellt Frequenzumrichter 1 ist zusammengesetzt aus den Funktionsmodulen 2 bis 8 des Bausatzes 100, wobei die Funktionsmodule 2 bis 8 zumindest teilweise mittels ihrer jeweiligen Schnittstellen 15 miteinander gekoppelt sind.The frequency converter 1 shown as an example is made up of the
Soll nun ein weiterer Frequenzumrichter entwickelt werden, kann dieser in Abhängigkeit von den funktionalen Anforderungen an den weiteren Frequenzumrichter einfach aus den Funktionsmodulen 2 bis 11 des Bausatzes 100 zusammengestellt werden. Der weitere Frequenzumrichter kann je nach Anforderung die gleichen Funktionsmodule 2 bis 8 oder andere/alle Funktionsmodule des Bausatzes 100 enthalten. Der weitere Frequenzumrichter kann auch mehrere Funktionsmodule desselben Typs enthalten, beispielsweise zwei Motoransteuer-Module 3.If a further frequency converter is now to be developed, this can simply be put together from the
Die Funktionsmodule 2 bis 11 sind bevorzugt standardisiert und weisen bevorzugt einen immer gleichen Funktionsumfang auf. Die Funktionsmodule 2 bis 11 weisen bevorzugt eine immer gleiche Soft- und typgleiche Hardware auf.The
Mittels des erfindungsgemäßem Bausatzes 100 können Frequenzumrichter ohne grundsätzliche Neuentwicklung einfach nach funktionalem Bedarf zusammengestellt werden.By means of the
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