EP4115514A1 - Umrichteranordnung und prüfstand mit einer umrichteranordnung - Google Patents

Umrichteranordnung und prüfstand mit einer umrichteranordnung

Info

Publication number
EP4115514A1
EP4115514A1 EP21712403.1A EP21712403A EP4115514A1 EP 4115514 A1 EP4115514 A1 EP 4115514A1 EP 21712403 A EP21712403 A EP 21712403A EP 4115514 A1 EP4115514 A1 EP 4115514A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
capacitors
energy storage
arrangement according
converter
converter arrangement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP21712403.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Schmidt
Erwin Reisinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AVL List GmbH filed Critical AVL List GmbH
Publication of EP4115514A1 publication Critical patent/EP4115514A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/51—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
    • G01M13/025—Test-benches with rotational drive means and loading means; Load or drive simulation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/40—Testing power supplies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C13/00—Resistors not provided for elsewhere
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC converters
    • B60L2210/42—Voltage source inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C13/00—Resistors not provided for elsewhere
    • H01C13/02—Structural combinations of resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G2/00—Details of capacitors not covered by a single one of groups H01G4/00-H01G11/00
    • H01G2/14—Protection against electric or thermal overload
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/181—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with surface mounted components

Definitions

  • the invention relates to a converter arrangement for converting a direct voltage into an alternating voltage or another direct voltage and to a test stand with such a converter arrangement.
  • switched inverters are used in particular in test stands for vehicles.
  • the electrical power required for the load machines is made available via a central DC voltage intermediate circuit or a battery, and inverters (so-called machine converters) convert the DC voltage into the AC voltage required for the respective electrical load machine, for example an electric motor.
  • switched DC voltage converters can be provided for generating a DC voltage with a different polarity or a different voltage profile.
  • Such converters can in particular be designed for bidirectional operation (so-called active front end converters), so that they can draw electrical power from the DC voltage intermediate circuit as well as transmit it back.
  • Energy storage capacitors with a very high capacitance are generally arranged in the DC voltage intermediate circuit to stabilize the provided DC voltage. These must be suitable for a DC voltage in the range of around 850 V.
  • the energy storage capacitors used are generally slow capacitors that are not suitable for high frequencies and are usually arranged in the form of their own capacitor banks in a switch cabinet.
  • the length of the supply lines results in relatively large inductances, so that the energy storage capacitors are only slightly loaded by high-frequency interference (ripple currents) with a conventional arrangement.
  • the dynamic test patterns to be tested i.e. the useful signals to be transmitted to the test object
  • have a high frequency for example several hundred Hertz up to 1000 Hz.
  • the energy storage capacitors should be as close as possible be arranged in the switched inverter to enable a compact design.
  • the high-frequency interference generated by the switched inverters affects the energy storage capacitors.
  • One object of the invention is, on the one hand, to ensure that the high-frequency interference is diverted without loading the energy storage capacitors, and, on the other hand, to ensure that the energy storage capacitors can follow the comparatively low-frequency useful signals.
  • the aim is to enable a compact converter arrangement that can be used as a machine converter (DC-AC converter) or direct voltage converter (DC-DC converter) in a test bench for vehicles, without the need for long connecting cables to the energy storage capacitors, without the direct voltage intermediate circuit to disturb and without loading the driven electrical machine with ripple currents.
  • a converter arrangement comprises a DC voltage intermediate circuit for providing a DC voltage VDC, comprising a positive pole and a negative pole, and at least one converter.
  • the converter can be a machine converter (DC-AC converter) for converting the direct voltage VDC into a polyphase alternating voltage. However, it can also be a bidirectionally operated network converter (AC-DC converter) that transfers excess electrical energy from a DC voltage intermediate circuit back into a multi-phase network.
  • the converter according to the invention can also be a direct voltage converter (DC-DC converter) which converts the direct voltage VDC into a direct voltage of a different polarity or different voltage levels.
  • the DC voltage intermediate circuit can have a DC voltage VDC in the range of approximately 850 V or more. In other applications, the DC voltage intermediate circuit can also have a lower DC voltage; for example, when using the converter arrangement according to the invention in a vehicle (automotive sector), a voltage at the intermediate circuit VDC of approximately 48 V can be provided.
  • one or more energy storage capacitors are arranged between the positive pole and the negative pole, a frequency-dependent resistor being arranged in series with the energy storage capacitors, which has a higher electrical resistance at high frequencies than at low frequencies.
  • the frequency-dependent resistance at high frequencies in particular at frequencies above 10 kHz, above 16 kFIz or above 20 kFIz, a multiple, preferably at least a factor of 10, a factor of 12, or a higher factor higher electrical resistance than at low frequencies, in particular at frequencies below 500 Hz.
  • the resistance at frequencies below 500 Hz can in particular be in the milliohm range.
  • the frequency-dependent resistor thus takes on the function of protecting the energy storage capacitors from high-frequency currents, although the specific cut-off frequency can depend on the application.
  • certain applications of the converter arrangement in vehicles can provide limit frequencies of around 150 kFIz, so that the resistance still has a low resistance even at frequencies of around 150 kFIz, and a significantly higher electrical resistance only at frequencies in the range of 2 MFIz accepts.
  • the energy storage capacitor is a particularly storable capacitor with a capacitance of more than 1 mF, preferably 6 mF, for example an electrolytic capacitor.
  • the energy storage capacitors are not designed as electrolytic capacitors, but rather as film or ceramic capacitors. In this application, no electrolytic capacitors are preferably provided.
  • DC voltage intermediate circuit in particular in the case of DC voltages of over 500 V, it can be provided that a first energy storage capacitor and a second energy storage capacitor connected in series are provided.
  • the frequency-dependent resistor can be arranged in series between the first energy storage capacitor and the second energy storage capacitor. It is also possible for more than two energy storage capacitors to be arranged in series. Furthermore, a parallel connection of several energy storage capacitors can also be provided according to the invention.
  • One or more intermediate circuit capacitors that are particularly capable of alternating loads can be arranged parallel to the energy storage capacitor. These serve to divert high-frequency interference, in particular those interference that are generated by the switched inverter.
  • the ratio of the capacitance of the energy storage capacitor to the capacitance of the intermediate circuit capacitors can preferably be greater than 5, particularly preferably greater than 10.
  • the intermediate circuit capacitors can have a capacitance of 180 pF and the energy storage capacitors a capacitance of 1 mF.
  • the intermediate circuit capacitors are designed in the form of film capacitors and / or ceramic capacitors.
  • other types of capacitors are also contemplated according to the invention.
  • the intermediate circuit capacitors can in particular be implemented by connecting individual capacitors in parallel and in series.
  • first intermediate circuit capacitors can be provided as film capacitors with a cut-off frequency of approximately 100 kFIz, and second intermediate circuit capacitors as ceramic capacitors with a cut-off frequency of 1 MFIz and above.
  • the latter can in particular be so-called Cera-Link ceramic capacitors, which have a particularly low inductance at a particularly high cut-off frequency. In this way, a particularly good dissipation of even very high-frequency interference is achieved without loading the energy storage capacitors.
  • the capacitors are designed for a direct voltage of more than 350V, preferably more than 500V, particularly preferably about 850V or about 1400V.
  • the intermediate circuit voltage is significantly lower, for example in the range of 48 V, and the switching frequencies are significantly higher, so that according to the invention only ceramic capacitors and film capacitors are used, not electrolytic capacitors.
  • the first and / or second intermediate circuit capacitors can be provided as film capacitors or ceramic capacitors with a cutoff frequency in the range of approximately 2 MFIz.
  • two energy storage capacitors connected in series are provided, which are arranged on a printed circuit board or another carrier, the frequency-dependent resistor being arranged between these components, namely on the underside of the printed circuit board or the carrier.
  • the frequency-dependent resistor can have an essentially cylindrical shape with a longitudinal extension L and a diameter D.
  • the diameter D can vary periodically along the longitudinal extent L by a mean value Do +/- AD, wherein Do is preferably approximately 10 mm and AD is preferably approximately 1 mm.
  • a direct voltage source providing the direct voltage VDC can be provided, for example a battery or a network converter in the form of a switched rectifier which is designed to convert a polyphase network voltage into a direct voltage.
  • the invention further comprises a test stand for a vehicle or any drive, for example an industrial drive with a converter arrangement according to the invention.
  • a test stand can comprise a network converter, a converter arrangement according to the invention and an electrical machine driven by the alternating voltage generated.
  • the intermediate circuit voltage can be in the range of approximately 850 V and energy storage capacitors in the form of electrolytic capacitors as well as first and second intermediate circuit capacitors can be provided.
  • the invention further comprises a drive train for a vehicle with an electrical machine and a converter arrangement according to the invention.
  • the intermediate circuit voltage is around 48 V and the energy storage capacitors are designed for a signal frequency of up to 150 kFIz, i.e. the frequency-dependent resistor only blocks currents above a frequency of more than 150 kFIz.
  • the energy storage capacitors are preferably film or ceramic capacitors.
  • the intermediate circuit capacitors are designed for a frequency in the range of around 2 MFIz and are designed as film or ceramic capacitors that are particularly capable of alternating loads.
  • 1a a schematic circuit diagram of a converter arrangement according to the invention
  • 1b a schematic cross section through an embodiment of a frequency-dependent resistor according to the invention
  • Fig. 1c a detail from Fig. 1b.
  • the converter arrangement comprises a DC voltage intermediate circuit 1 with a DC voltage in the range of approximately 850 V, which is made available by a network converter 7.
  • the DC voltage intermediate circuit 1 feeds a machine converter 2, which is operated as a switched inverter. This provides an alternating voltage for operating an electrical load machine for the test bench, for example an electric motor.
  • the DC link has a positive pole and a negative pole. Between the positive pole and the negative pole, two energy storage capacitors 3, 3 ‘are arranged in series, with between the two
  • Energy storage capacitors 3, 3 ‘a frequency-dependent resistor 4 is arranged.
  • the energy storage capacitors 3, 3 ‘in this exemplary embodiment are electrolytic capacitors with a capacitance of approximately 1 mF.
  • Intermediate circuit capacitors 5, 5 ' are located in the immediate vicinity of the switched converters, namely the network converter 7 and the machine converter 2.
  • two types of intermediate circuit capacitors are used, namely on the one hand ceramic Cera-Link capacitors for very fast currents up to a cutoff frequency of 1 MFIz, and on the other hand film capacitors for currents up to a cut-off frequency of about 100 kFlz.
  • Intermediate circuit capacitors 5, 5 are each designed for a voltage of 850 V and are connected directly to the intermediate circuit with low inductance, i.e. avoiding long connection lines.
  • the energy storage capacitors 3, 3 ' are also connected directly to the intermediate circuit in this exemplary embodiment, so that only low line inductances occur.
  • a frequency-dependent resistor 4 is connected in series with the energy storage capacitors 3, 3 'in order to keep the ripple current load on the energy storage capacitors 3, 3' small, but still enable test samples with high frequency current changes of up to about 1000 Hz.
  • several parallel branches with energy storage capacitors and frequency-dependent resistors are provided in order to further increase the total storage capacity of the converter.
  • the frequency-dependent resistor 4 is relatively low-resistance for frequencies below 1000 Hz and relatively high-resistance for currents proportional to the switching frequency, that is to say currents with a frequency of 16 kHz or above.
  • the ratio between the electrical resistance at frequencies of 16 kHz and 500 Hz is approximately 12. This prevents the energy storage capacitors 3, 3 ′ coupled with low inductance from being loaded with the high switching frequency. As a result, the energy storage capacitors 3, 3 do not heat up to a great extent and they can be better utilized.
  • FIG. 1b shows a schematic cross section through an embodiment of a frequency-dependent resistor 4 according to the invention.
  • the frequency-dependent resistor 4 is designed in such a way that the electrical skin effect is used: at high electrical frequencies, the electrical current is displaced to the outer surface of the resistor ; the outer surface is increased by a periodic variation of the diameter, so that there is an increased electrical resistance.
  • This property of the skin effect is advantageously used here to use a non-linear ohmic resistance in order to protect the energy storage capacitor mentioned above from high-frequency currents.
  • the frequency-dependent resistor 4 according to the invention is designed as a protection for the energy storage capacitor 3 as a non-linear and non-oscillatory resistor 4 and does not require oscillatory components such as an impedance or a capacitance.
  • the capacitance of the energy storage capacitor 3 can thus be freely selected and is not coupled to a frequency, as is the case, for example, with an oscillating circuit.
  • a schematically indicated first energy storage capacitor 3 and a second energy storage capacitor 3 'connected in series are provided, the frequency-dependent resistor 4 in series between the first energy storage capacitor 3 and the second energy storage capacitor 3' is arranged.
  • the two energy storage capacitors 3, 3 ' are arranged on a circuit board 6, and the frequency-dependent resistor 4 is arranged on the underside of this circuit board 6.
  • FIG. 1c shows a detail from FIG. 1b, namely the shape of the frequency-dependent resistor 4.
  • the frequency-dependent resistor 4 has an essentially cylindrical shape with a longitudinal extension L and a diameter D.
  • the diameter D varies periodically along the longitudinal extension L by a mean value Do +/- AD, where Do is approximately 10 mm and AD is approximately 1 mm.
  • An exemplary embodiment of the invention (not shown) comprises a test stand for a vehicle with a network converter 7, a converter arrangement according to the invention and an electrical machine driven by the alternating voltage generated.
  • a converter according to the invention can be understood to mean any controlled electrical and / or electronic circuit that converts a direct voltage into another direct voltage or alternating voltage, or converts an alternating voltage into another alternating voltage or direct voltage.
  • Such a circuit can be, for example, but not exclusively, a direct converter, a matrix converter, an AC voltage converter, a DC voltage converter, a switched bridge inverter, a switched bridge rectifier or the like.
  • the specific circuit implementation of the converter is not essential.
  • Converters provided according to the invention can also provide internal galvanic isolation and can be provided for high electrical powers, for example powers in the range of 100 kW with a direct voltage of 850 V or 300 kVA alternating current power.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Umrichteranordnung, umfassend einen Gleichspannungszwischenkreis (1) zur Bereitstellung einer Gleichspannung VDC, umfassend einen Pluspol und einen Minuspol, und zumindest einen Maschinenumrichter (2) zur Umwandlung der Gleichspannung VDC in eine mehrphasige Wechselspannung, wobei im Gleichspannungszwischenkreis (1) zumindest ein Energiespeicherkondensator (3, 3´) angeordnet ist, wobei in Serie zum Energiespeicherkondensator (3, 3´) ein frequenzabhängiger Widerstand (4) angeordnet ist, der bei hohen Frequenzen einen höheren elektrischen Widerstand aufweist, als bei niedrigen Frequenzen.

Description

Umrichteranordnung und Prüfstand mit einer Umrichteranordnung
Die Erfindung betrifft eine Umrichteranordnung zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung oder eine andere Gleichspannung und einen Prüfstand mit einer derartigen Umrichteranordnung.
Aus dem Stand der Technik sind elektrische Umrichteranordnungen zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung (Wechselrichter) oder in eine Gleichspannung mit anderem Spannungsniveau (Gleichspannungswandler) bekannt. Diese verwenden beispielsweise geschaltete Wechselrichter mit Halbleiter- Brückenschaltungen, die durch ein Modulationsverfahren, beispielsweise eine Pulsweitenmodulation (PWM), eine Sinus-Wechselspannung aus kurzen Pulsen hoher Frequenz (einige kHz bis über 20 kHz) nachbilden. Diese Wechselrichter werden auch als Sinus-Wechselrichter bezeichnet. Die Halbleiterschalter schalten die Gleichspannung mit hoher Frequenz ein und aus; der Mittelwert der hochfrequenten, pulsweitenmodulierten Schaltfrequenz ist die Ausgangs-Wechselspannung.
Derartige geschaltete Wechselrichter finden insbesondere bei Prüfständen für Fahrzeuge Anwendung. In derartigen Prüfständen wird die für die Belastungsmaschinen benötigte elektrische Leistung über einen zentralen Gleichspannungs-Zwischenkreis oder eine Batterie zur Verfügung gestellt, und Wechselrichter (sog. Maschinenumrichter) wandeln die Gleichspannung in die für die jeweilige elektrische Belastungsmaschine, beispielsweise einen Elektromotor, benötigte Wechselspannung um. Ebenso können geschaltete Gleichspannungswandler zur Generierung einer Gleichspannung mit anderer Polarität oder anderem Spannungsverlauf vorgesehen sein. Derartige Umrichter können insbesondere zum bidirektionalen Betrieb ausgebildet sein (sog. Active Front End Umrichter), sodass sie elektrische Leistung sowohl aus dem Gleichspannungszwischenkreis beziehen, als auch zurückübertragen können.
Im Gleichspannungszwischenkreis sind zur Stabilisierung der bereitgestellten Gleichspannung in der Regel Energiespeicherkondensatoren mit sehr hoher Kapazität angeordnet. Diese müssen für eine Gleichspannung im Bereich von etwa 850 V geeignet sein. Als Energiespeicherkondensatoren werden in der Regel langsame, also nicht für hohe Frequenzen geeignete Kondensatoren eingesetzt, die meist in Form eigener Kondensatorbänke in einem Schaltschrank angeordnet sind. Durch die Länge der Versorgungsleitungen ergeben sich relativ große Induktivitäten, sodass die Energiespeicherkondensatoren bei herkömmlicher Anordnung nur wenig durch hochfrequente Störungen (Rippelströme) belastet werden.
Bei der Verwendung derartiger Umrichteranordnungen in modernen Prüfständen tritt jedoch das Problem auf, dass die zu testenden dynamischen Prüfmuster, also die an den Prüfling zu übertragenden Nutzsignale, eine hohe Frequenz aufweisen, beispielsweise mehrere hundert Hertz bis zu 1000 Hz. Gleichzeitig sollen die Energiespeicherkondensatoren möglichst nahe beim geschalteten Wechselrichter angeordnet sein, um eine kompakte Bauweise zu ermöglichen. Dadurch beeinflussen die von den geschalteten Wechselrichtern erzeugten hochfrequenten Störungen die Energiespeicherkondensatoren.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, einerseits sicherzustellen, dass die hochfrequenten Störungen abgeleitet werden, ohne die Energiespeicherkondensatoren zu belasten, und andererseits sicherzustellen, dass die Energiespeicherkondensatoren den vergleichsweise niederfrequenten Nutzsignalen folgen können. Es soll eine kompakte Umrichteranordnung ermöglicht werden, die als Maschinenumrichter (DC- AC-Wandler) oder Gleichspannungswandler (DC-DC-Wandler) in einem Prüfstand für Fahrzeuge eingesetzt werden kann, ohne lange Anschlussleitungen zu den Energiespeicherkondensatoren zu benötigen, ohne den Gleichspannungs zwischenkreis übermäßig zu stören und ohne die angetriebene elektrische Maschine mit Rippelströmen zu belasten. Diese und andere Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Umrichteranordnung und einen Prüfstand gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Eine erfindungsgemäße Umrichteranordnung umfasst einen Gleichspannungszwischenkreis zur Bereitstellung einer Gleichspannung VDC, umfassend einen Pluspol und einen Minuspol, und zumindest einen Umrichter. Bei dem Umrichter kann es sich um einen Maschinenumrichter (DC-AC-Konverter) zur Umwandlung der Gleichspannung VDC in eine mehrphasige Wechselspannung handeln. Es kann sich aber auch um einen bidirektional betriebenen Netzumrichter (AC-DC- Wandler) handeln, der überschüssige elektrische Energie eines Gleichspannungszwischenkreises in ein mehrphasiges Netz zurück überträgt. Ebenso kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Umrichter um einen Gleichspannungswandler (DC-DC-Konverter) handeln, der die Gleichspannung VDC in eine Gleichspannung anderer Polarität oder anderen Spannungsniveaus umwandelt.
Der Gleichspannungszwischenkreis kann bei Verwendung der Umrichteranordnung in einem Prüfstand eine Gleichspannung VDC im Bereich von etwa 850 V oder darüber aufweisen. In anderen Anwendungen kann der Gleichspannungszwischenkreis auch eine niedrigere Gleichspannung aufweisen, beispielsweise kann bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Umrichteranordnung in einem Fahrzeug (Automotive-Bereich) eine Spannung am Zwischenkreis VDC von etwa 48 V vorgesehen sein.
Im Gleichspannungszwischenkreis sind zwischen dem Pluspol und dem Minuspol ein oder mehrere Energiespeicherkondensatoren angeordnet, wobei in Serie zu den Energiespeicherkondensatoren ein frequenzabhängiger Widerstand angeordnet ist, der bei hohen Frequenzen einen höheren elektrischen Widerstand aufweist, als bei niedrigen Frequenzen.
Dadurch wird erreicht, dass niederfrequente Nutzsignale durch die Energiespeicherkondensatoren aufgenommen und gepuffert werden können, während hochfrequente Störungen, wie sie typischerweise bei hochfrequent geschalteten Wechselrichtern, insbesondere bei Sinus-Wechselrichtern, auftreten, blockiert werden. Folglich werden die Energiespeicherkondensatoren geschont und es ist eine direkte Anordnung der Energiespeicherkondensatoren beim Wechselrichter möglich.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der frequenzabhängige Widerstand bei hohen Frequenzen, insbesondere bei Frequenzen über 10kHz, über 16 kFIz oder über 20 kFIz, einen um ein Vielfaches, vorzugsweise um zumindest einen Faktor 10, einen Faktor 12, oder einen höheren Faktor höheren elektrischen Widerstand aufweist als bei niedrigen Frequenzen, insbesondere bei Frequenzen unter 500 Hz. Der Widerstand bei Frequenzen unter 500 Hz kann insbesondere im Milliohm-Bereich sein.
Der frequenzabhängige Widerstand übernimmt somit die Funktion, die Energiespeicherkondensatoren vor hochfrequenten Strömen zu schützen, wobei jedoch die konkrete Grenzfrequenz vom Anwendungsfall abhängig sein kann. Beispielsweise können bestimmten Anwendungen der Umrichteranordnung in Fahrzeugen (Automotive-Bereich) Grenzfrequenzen von etwa 150 kFIz vorsehen, sodass der Widerstand auch bei Frequenzen von etwa 150 kFIz noch einen niedrigen Widerstand aufweist, und erst bei Frequenzen im Bereich von 2 MFIz einen deutlich höheren elektrischen Widerstand annimmt.
Erfindungsgemäß kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Energiespeicherkondensator ein besonders speicherfähiger Kondensator mit einer Kapazität von über 1mF, vorzugsweise 6mF ist, beispielsweise ein Elektrolytkondensator. Es sind aber auch andere Bautypen von Kondensatoren erfindungsgemäß vorgesehen. Insbesondere im Automotive-Bereich kann bei sehr hohen Frequenzen, beispielsweise Frequenzen über 150 kFIz, vorgesehen sein, dass die Energiespeicherkondensatoren nicht als Elektrolytkondensatoren, sondern als Folien- oder Keramikkondensatoren ausgebildet sind. In diesem Anwendungsfall sind vorzugsweise keine Elektrolytkondensatoren vorgesehen.
Erfindungsgemäß kann bei hohen Gleichspannungen im
Gleichspannungszwischenkreis, insbesondere bei Gleichspannungen von über 500 V, vorgesehen sein, dass ein erster Energiespeicherkondensator und ein zweiter, in Serie geschalteter Energiespeicherkondensator vorgesehen sind. In diesem Fall kann der frequenzabhängige Widerstand in Serie zwischen dem ersten Energiespeicherkondensator und dem zweiten Energiespeicherkondensator angeordnet sein. Es können auch mehr als zwei Energiespeicherkondensatoren in Serie angeordnet sein. Ferner kann auch eine Parallelschaltung mehrerer Energiespeicherkondensatoren erfindungsgemäß vorgesehen sein.
Parallel zum Energiespeicherkondensator können ein oder mehrere besonders wechsellastfähige Zwischenkreiskondensatoren angeordnet sein. Diese dienen dazu, hochfrequente Störungen abzuleiten, insbesondere jene Störungen, die durch den geschalteten Wechselrichter erzeugt werden. Das Verhältnis der Kapazität des Energiespeicherkondensators zur Kapazität der Zwischenkreiskondensatoren kann vorzugsweise größer als 5, besonders bevorzugt größer als 10 sein. Beispielsweise können die Zwischenkreiskondensatoren eine Kapazität von 180 pF aufweisen, und die Energiespeicherkondensatoren eine Kapazität von 1 mF.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Zwischenkreiskondensatoren in Form von Folienkondensatoren und/oder keramischen Kondensatoren ausgeführt sind. Es sind jedoch auch andere Bautypen von Kondensatoren erfindungsgemäß vorgesehen. Die Zwischenkreiskondensatoren können insbesondere durch Parallel- und Serienschaltung von einzelnen Kondensatoren ausgeführt sein.
Beispielsweise können erste Zwischenkreiskondensatoren als Folienkondensatoren mit einer Grenzfrequenz von etwa 100 kFIz vorgesehen sein, und zweite Zwischenkreiskondensatoren als keramische Kondensatoren mit einer Grenzfrequenz von 1 MFIz und darüber. Bei letzteren kann es sich insbesondere um sogenannte Cera- Link Keramikkondensatoren handeln, die eine besonders niedrige Induktivität bei besonders hoher Grenzfrequenz aufweisen. Dadurch wird eine besonders gute Ableitung auch sehr hochfrequenter Störungen erreicht, ohne die Energiespeicherkondensatoren zu belasten. Diese Ausführungsformen empfehlen sich bei der Verwendung einer erfindungsgemäßen Umrichteranordnung in einem Prüfstand. Erfindungsgemäß kann in diesem Fall vorgesehen sein, dass die Kondensatoren für eine Gleichspannung von über 350V, vorzugsweise über 500V, besonders bevorzugt etwa 850 V oder etwa 1400 V, ausgeführt sind.
Bei der Verwendung einer erfindungsgemäßen Umrichteranordnung in einem Fahrzeug liegt hingegen die Zwischenkreisspannung wesentlich niedriger, beispielsweise im Bereich von 48 V, und die Schaltfrequenzen wesentlich höher, sodass keine Elektrolytkondensatoren, sondern erfindungsgemäß lediglich Keramikkondensatoren und Folienkondensatoren zum Einsatz kommen. In diesem Fall können die ersten und/oder zweiten Zwischenkreiskondensatoren als Folienkondensatoren oder Keramikkondensatoren mit einer Grenzfrequenz im Bereich von etwa 2 MFIz vorgesehen sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zwei in Serie geschaltete Energiespeicherkondensatoren vorgesehen, die auf einer Leiterplatte oder einem anderen Träger angeordnet sind, wobei der frequenzabhängige Widerstand zwischen diesen Bauteilen angeordnet ist, und zwar auf der Unterseite der Leiterplatte oder des Trägers. Dadurch ergibt sich eine besonders platzsparende Integration der erfindungsgemäßen Anordnung.
Der frequenzabhängige Widerstand kann eine im Wesentlichen zylindrische Form mit einer Längserstreckung L und einem Durchmesser D aufweisen. Der Durchmesser D kann entlang der Längserstreckung L um einen Mittelwert Do +/- AD periodisch variieren, wobei Do vorzugsweise etwa 10mm und AD vorzugsweise etwa 1mm ist.
Es kann eine die Gleichspannung VDC bereitstellende Gleichspannungsquelle vorgesehen sein, beispielsweise eine Batterie oder ein Netzumrichter in Form eines geschalteten Gleichrichters, der zur Umwandlung einer mehrphasigen Netzspannung in eine Gleichspannung ausgeführt ist.
Die Erfindung umfasst ferner einen Prüfstand für ein Fahrzeug oder einen beliebigen Antrieb, beispielsweise einen Industrieantrieb mit einer erfindungsgemäßen Umrichteranordnung. Ein derartiger Prüfstand kann einen Netzumrichter, eine erfindungsgemäße Umrichteranordnung und eine, durch die erzeugte Wechselspannung angetriebene elektrische Maschine umfassen. Dabei kann die Zwischenkreisspannung im Bereich von etwa 850 V liegen und es können Energiespeicherkondensatoren in Form von Elektrolytkondensatoren sowie erste und zweite Zwischenkreiskondensatoren vorgesehen sein.
Die Erfindung umfasst ferner einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine und einer erfindungsgemäßen Umrichteranordnung. In diesem Fall liegt die Zwischenkreisspannung bei etwa 48 V und die Energiespeicherkondensatoren sind auf eine Signalfrequenz von bis zu 150 kFIz ausgelegt, das heißt der frequenzabhängige Widerstand blockiert Ströme erst ab einer Frequenz von mehr als 150 kFIz. Die Energiespeicherkondensatoren sind in diesem Fall vorzugsweise Folien- oder Keramikkondensatoren. Die Zwischenkreiskondensatoren sind hingegen für eine Frequenz im Bereich von etwa 2 MFIz ausgelegt und als besonders wechsellastfähige Folien- oder Keramikkondensatoren ausgeführt.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines nicht-ausschließlichen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a: ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Umrichteranordnung; Fig. 1b: ein schematischer Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen frequenzabhängigen Widerstands;
Fig. 1c: ein Detail aus Fig. 1b.
Fig. 1a zeigt ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Umrichteranordnung zur Verwendung in einem Prüfstand für Fahrzeuge. Die Umrichteranordnung umfasst einen Gleichspannungszwischenkreis 1 mit einer Gleichspannung in der Flöhe von etwa 850 V, die von einem Netzumrichter 7 zur Verfügung gestellt wird. Der Gleichspannungszwischenkreis 1 speist einen Maschinenumrichter 2, der als geschalteter Wechselrichter betrieben wird. Dieser stellt eine Wechselspannung zum Betrieb einer elektrischen Belastungsmaschine für den Prüfstand, beispielsweise eines Elektromotors, bereit.
Der Gleichspannungszwischenkreis hat einen Pluspol und einen Minuspol. Zwischen dem Pluspol und dem Minuspol sind zwei Energiespeicherkondensatoren 3, 3‘ in Serienschaltung angeordnet, wobei zwischen den beiden
Energiespeicherkondensatoren 3, 3‘ ein frequenzabhängiger Widerstand 4 angeordnet ist. Bei den Energiespeicherkondensatoren 3, 3‘ handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um Elektrolytkondensatoren mit einer Kapazität von etwa 1 mF. Parallel zu den Energiespeicherkondensatoren 3, 3‘ sind Zwischenkreiskondensatoren 5, 5‘ angeordnet. Diese weisen eine geringere Kapazität auf, etwa im Bereich von 180 pF, und dienen zur Ableitung hochfrequenter Störungen.
Sowohl die Energiespeicherkondensatoren 3, 3‘, als auch die
Zwischenkreiskondensatoren 5, 5‘ befinden sich in unmittelbarer Nähe der geschalteten Umrichter, nämlich des Netzumrichters 7 und des Maschinenumrichters 2. In der vorliegenden Ausführungsform werden zwei Typen von Zwischenkreiskondensatoren verwendet, nämlich einerseits keramische Cera-Link Kondensatoren für sehr schnelle Ströme bis zu einer Grenzfrequenz von 1 MFIz, und andererseits Folienkondensatoren für Ströme bis zu einer Grenzfrequenz von etwa 100 kFlz. Die
Zwischenkreiskondensatoren 5, 5‘ sind jeweils für eine Spannung von 850 V ausgelegt und werden induktivitätsarm, also unter Vermeidung langer Anschlussleitungen, direkt an den Zwischenkreis angebunden.
Auch die Energiespeicherkondensatoren 3, 3‘ sind in diesem Ausführungsbeispiel unmittelbar an den Zwischenkreis angebunden, sodass nur geringe Leitungsinduktivitäten auftreten. Um die Rippeistrombelastung der Energiespeicherkondensatoren 3, 3‘ klein zu halten, aber dennoch Prüfmuster mit Stromänderungen hoher Frequenz von bis zu etwa 1000 Hz zu ermöglichen, ist ein frequenzabhängiger Widerstand 4 in Serie zu den Energiespeicherkondensatoren 3, 3‘ geschaltet. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind mehrere parallele Zweige mit Energiespeicherkondensatoren und frequenzabhängigen Widerständen vorgesehen, um die gesamte Speicherkapazität des Umrichters noch zu erhöhen.
Der frequenzabhängige Widerstand 4 ist für Frequenzen unter 1000 Hz relativ niederohmig, und für schaltfrequenzproportionale Ströme, also Ströme mit einer Frequenz von 16 kHz oder darüber, relativ hochohmig. Das Verhältnis zwischen dem elektrischen Widerstand bei Frequenzen von 16 kHz und 500 Hz beträgt in diesem Ausführungsbeispiel etwa 12. So wird verhindert, dass die mit niedriger Induktivität angekoppelten Energiespeicherkondensatoren 3, 3‘ mit der hohen Schaltfrequenz belastet werden. Folglich kommt es zu keiner hohen Erwärmung der Energiespeicherkondensatoren 3, 3‘ und diese können besser ausgenutzt werden.
Fig. 1b zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen frequenzabhängigen Widerstands 4. In dieser Ausführungsform ist der frequenzabhängige Widerstand 4 derart ausgeführt, dass der elektrische Skin-Effekt ausgenutzt wird: bei hohen elektrischen Frequenzen wird der elektrische Strom an die Außenfläche des Widerstands verdrängt; die Außenfläche ist durch eine periodische Variierung des Durchmessers erhöht, sodass sich ein erhöhter elektrischer Widerstand ergibt. Diese Eigenschaft des Skin-Effekts wird hier vorteilhaft dazu verwendet, um einen nichtlinearen ohmschen Widerstand heranzuziehen, um den bereits erwähnten Energiespeicherkondensator vor hochfrequenten Strömen zu schützen. Der Vorteil einer solche Ausführungsform ist jener, dass der erfindungsgemäße frequenzabhängige Widerstand 4 als Schutz für den Energiespeicherkondensator 3 als nichtlinearer und nichtschwingungsfähiger Widerstand 4 ausgeführt wird und ohne schwingungsfähige Komponenten wie beispielsweise einer Impedanz oder einer Kapazität auskommt.
Somit ist die Kapazität des Energiespeicherkondensators 3 frei wählbar und nicht an eine Frequenz gekoppelt, wie dies beispielsweise bei einem Schwingkreis der Fall ist.
Es ist ein schematisch angedeuteter erster Energiespeicherkondensator 3 und ein zweiter, in Serie geschalteter Energiespeicherkondensator 3‘ vorgesehen, wobei der frequenzabhängige Widerstand 4 in Serie zwischen dem ersten Energiespeicherkondensator 3 und dem zweiten Energiespeicherkondensator 3‘ angeordnet ist. 11. Die beiden Energiespeicherkondensatoren 3, 3‘ sind auf einer Leiterplatte 6 angeordnet, und der frequenzabhängige Widerstand 4 ist auf der Unterseite dieser Leiterplatte 6 angeordnet.
Fig. 1c zeigt ein Detail aus Fig. 1b, nämlich die Formgebung des frequenzabhängigen Widerstands 4. Der frequenzabhängige Widerstand 4 weist eine im Wesentlichen zylindrische Form mit einer Längserstreckung L und einem Durchmesser D auf. Der Durchmesser D variiert entlang der Längserstreckung L um einen Mittelwert Do +/- AD periodisch, wobei Do etwa 10mm und AD etwa 1mm ist.
Ein nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst einen Prüfstand für ein Fahrzeug mit einem Netzumrichter 7, eine erfindungsgemäßen Umrichteranordnung und einer durch die erzeugte Wechselspannung angetriebenen elektrischen Maschine.
Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf die vorliegenden Ausführungsbeispiele, sondern umfasst sämtliche Vorrichtungen im Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche.
Hierin verwendete Begriffe wie Umrichter, Netzumrichter oder Maschinenumrichter sollen nicht zu eng ausgelegt werden. Unter einem erfindungsgemäßen Umrichter, sei es nun ein Maschinenumrichter oder ein Netzumrichter, kann jede gesteuerte elektrische und/oder elektronische Schaltung verstanden werden, die eine Gleichspannung in eine andere Gleichspannung oder Wechselspannung umwandelt, oder eine Wechselspannung in eine andere Wechselspannung oder Gleichspannung umwandelt. Bei einer derartigen Schaltung kann es sich beispielsweise, aber nicht ausschließlich, um einen Direktumrichter, einen Matrixumrichter, einen Wechselspannungswandler, einen Gleichspannungswandler, einen geschalteten Brückenwechselrichter, einen geschalteten Brückengleichrichter oder dergleichen handeln. Die konkrete schaltungstechnische Realisierung des Umrichters ist nicht wesentlich. Erfindungsgemäß vorgesehene Umrichter können auch eine interne galvanische Trennung vorsehen und können für hohe elektrische Leistungen vorgesehen sein, beispielsweise Leistungen im Bereich von 100 kW bei einer Gleichspannung von 850 V bzw. 300 kVA Wechselstromleistung. Bezugszeichenliste
1 Gleichspannungszwischenkreis
2 Maschinenumrichter
3, 3‘ Energiespeicherkondensator
4 Widerstand
5, 5‘ Zwischenkreiskondensator
6 Leiterplatte
7 Netzumrichter

Claims

Patentansprüche
1. Umrichteranordnung, umfassend a. einen Gleichspannungszwischenkreis (1) zur Bereitstellung einer Gleichspannung VDC, umfassend einen Pluspol und einen Minuspol, und b. zumindest einen Umrichter, insbesondere einen Maschinenumrichter (2), zur Umwandlung der Gleichspannung VDC in eine Wechselspannung oder in eine andere Gleichspannung, wobei im Gleichspannungszwischenkreis (1) zwischen dem Pluspol und dem Minuspol zumindest ein Energiespeicherkondensator (3, 3‘) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Serie zum Energiespeicherkondensator (3, 3‘) ein frequenzabhängiger Widerstand (4) angeordnet ist, der bei hohen Frequenzen einen höheren elektrischen Widerstand aufweist, als bei niedrigen Frequenzen.
2. Umrichteranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der frequenzabhängige Widerstand (4) bei hohen Frequenzen, insbesondere bei Frequenzen über 10kHz, einen um ein Vielfaches, vorzugsweise um zumindest einen Faktor 10 oder einen Faktor 12, höheren elektrischen Widerstand aufweist als bei niedrigen Frequenzen, insbesondere bei Frequenzen unter 500 Hz.
3. Umrichteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicherkondensator (3, 3‘) ein besonders speicherfähiger Kondensator mit einer Kapazität von über 1 mF, vorzugsweise 6mF ist, beispielsweise ein Elektrolytkondensator.
4. Umrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Energiespeicherkondensator (3) und ein zweiter, in Serie geschalteter Energiespeicherkondensator (3‘) vorgesehen sind, wobei der frequenzabhängige Widerstand (4) in Serie zwischen dem ersten Energiespeicherkondensator (3) und dem zweiten Energiespeicherkondensator (3‘) angeordnet ist. 5. Umrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Energiespeicherkondensator (3, 3‘) ein oder mehrere besonders wechsellastfähige Zwischenkreiskondensatoren (5, 5‘) angeordnet sind, wobei das Verhältnis der Kapazität des Energiespeicherkondensators (3, 3‘) zur Kapazität der Zwischenkreiskondensatoren (5,
5‘) vorzugsweise größer als 5, besonders bevorzugt größer als 10 ist.
6. Umrichteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkreiskondensatoren (5, 5‘) in Form von Folienkondensatoren und/oder keramischen Kondensatoren ausgeführt sind.
7. Umrichteranordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkreiskondensatoren (5, 5‘) durch Parallel- und Serienschaltung von einzelnen Kondensatoren ausgeführt sind.
8. Umrichteranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass erste Zwischenkreiskondensatoren (5) als Folienkondensatoren mit einer Grenzfrequenz von etwa 100 kFIz ausgeführt sind.
9. Umrichteranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Zwischenkreiskondensatoren (5‘) als keramische Kondensatoren mit einer Grenzfrequenz von 1 MFIz und darüber ausgeführt sind.
10. Umrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren (3, 3‘, 5, 5‘) für eine Gleichspannung von über 350V, vorzugsweise über 500V, besonders bevorzugt etwa 850 V oder etwa 1400 V, ausgeführt sind.
11. Umrichteranordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Energiespeicherkondensatoren (3, 3‘) auf einer Leiterplatte (6) oder einem anderen Träger angeordnet sind und der frequenzabhängige Widerstand (4) auf der Unterseite dieser Leiterplatte (6) oder des Trägers angeordnet ist.
12. Umrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der frequenzabhängige Widerstand (4) eine im Wesentlichen zylindrische Form mit einer Längserstreckung L und einem Durchmesser D aufweist.
13. Umrichteranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser D entlang der Längserstreckung L um einen Mittelwert Do +/- AD periodisch variiert, wobei Do vorzugsweise etwa 10mm und AD vorzugsweise etwa 1mm ist.
14. Umrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Gleichspannung VDC bereitstellende Gleichspannungsquelle vorgesehen ist, beispielsweise eine Batterie oder ein Netzumrichter (7), der zur Umwandlung einer mehrphasigen Netzspannung in eine Gleichspannung ausgeführt ist.
15. Prüfstand für ein Fahrzeug oder einen Antrieb, umfassend einen Netzumrichter (7), eine Umrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, und eine durch die Wechselspannung angetriebene elektrische Maschine.
16. Antriebsstrang für ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine und einer Umrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
EP21712403.1A 2020-03-05 2021-03-05 Umrichteranordnung und prüfstand mit einer umrichteranordnung Withdrawn EP4115514A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50176/2020A AT523578A1 (de) 2020-03-05 2020-03-05 Umrichteranordnung und Prüfstand mit einer Umrichteranordnung
PCT/AT2021/060080 WO2021174281A1 (de) 2020-03-05 2021-03-05 Umrichteranordnung und prüfstand mit einer umrichteranordnung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4115514A1 true EP4115514A1 (de) 2023-01-11

Family

ID=74884760

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21712403.1A Withdrawn EP4115514A1 (de) 2020-03-05 2021-03-05 Umrichteranordnung und prüfstand mit einer umrichteranordnung

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230099697A1 (de)
EP (1) EP4115514A1 (de)
JP (1) JP2023516597A (de)
KR (1) KR20220150385A (de)
CN (1) CN115211023A (de)
AT (1) AT523578A1 (de)
WO (1) WO2021174281A1 (de)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE622695C (de) * 1935-12-04 Aeg Konzentrisches Hochfrequenzkabel
DE3585896D1 (de) * 1984-02-16 1992-05-27 Fanuc Ltd Hochfrequenzgeraeuschabsorptionsschaltkreis.
DE102007007921B4 (de) * 2007-02-14 2018-06-07 Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg Umrichter und Verfahren zum Betrieb
WO2010140650A1 (ja) * 2009-06-04 2010-12-09 ダイキン工業株式会社 電力変換装置
SE1000811A1 (en) * 2010-08-02 2010-08-02 Abb Research Ltd A converter cell with limited current in case of a short-circuit
CN202309065U (zh) * 2011-07-04 2012-07-04 Abb瑞士有限公司 用于消弧电路中的线圈构件和功率电子电路
DE102012220247A1 (de) * 2012-11-07 2014-05-08 Robert Bosch Gmbh Inverterschaltung für einen elektrischen Antrieb , Elektrofahrzeug mit einer Inverterschaltung und Verfahren zum Betrieb einer Inverterschaltung
DE102015013196A1 (de) * 2015-10-09 2016-05-25 Daimler Ag Verfahren zum Ermitteln wenigstens eines Referenzlastprofils einer Komponente für einen Kraftwagen
DE102016224472A1 (de) * 2016-12-08 2018-06-14 Audi Ag Stromrichtereinrichtung für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug
CN207321092U (zh) * 2017-08-25 2018-05-04 天津瑞能电气有限公司 Igbt功率模块
AT521100A1 (de) * 2018-04-13 2019-10-15 Ceracap Engel Kg Wechselrichter mit Zwischenkreis

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021174281A1 (de) 2021-09-10
US20230099697A1 (en) 2023-03-30
KR20220150385A (ko) 2022-11-10
CN115211023A (zh) 2022-10-18
JP2023516597A (ja) 2023-04-20
AT523578A1 (de) 2021-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013109940A1 (de) Kondensatorbank, laminierte Busschiene und Energieversorgungseinrichtung
EP2828966B2 (de) Schaltungsanordnung und anordnung von kondensatoren
EP3334022B1 (de) Stromrichtereinrichtung für ein kraftfahrzeug und kraftfahrzeug
WO2011128136A1 (de) Batterie mit variabler ausgangsspannung
DE102007059289A1 (de) Vorrichtung zur Prüfung von Transformatoren
EP2845303B1 (de) Stromrichter und betriebsverfahren zum wandeln von spannungen
EP3891878A1 (de) Schaltungsvorrichtung zur reduktion von gleichtaktstörungen eines stromrichters
EP4115514A1 (de) Umrichteranordnung und prüfstand mit einer umrichteranordnung
DE10215236C1 (de) Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie
AT523577B1 (de) Maschinenumrichter und Verfahren zum Betrieb eines Maschinenumrichters
DE102020200794B4 (de) Lade- und Heizschaltung
DE102013111231A1 (de) Wechselrichter mit einer Anpassschaltung für hohe variable Eingangsgleichspannungen und Verwendung der Anpassschaltung
WO2012052224A1 (de) Verfahren zur steuerung einer batterie mit variabler ausgangsspannung
DE102004040228B4 (de) Fahrzeug mit Elektroantrieb
DE202021100557U1 (de) Modulares Batteriespeichersystem mit wiederaufladbaren Energiespeichermodulen
DE102016203150A1 (de) Spannungswandler und elektrisches Antriebssystem mit einem Spannungswandler
DE102015003225A1 (de) Wechselrichter
DE202018107224U1 (de) Leistungswandler zum bidirektionalen Wandeln von elektrischer Leistung
DE102013218799A1 (de) Modularer Stromrichter
DE102019110988A1 (de) Schaltzellenanordnung zur reduktion des funkstörspannungsspektrums einer elektronischen kommutierungseinrichtung
EP1479558A1 (de) Traktionsumrichterschaltung zur Ankopplung an ein elektrisches Versorgungsnetz
DE102013008737A1 (de) Schaltungsanordnung sowie Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung
EP1298781B1 (de) Stromrichterschaltungsanordnung sowie Verfahren zur Anpassung einer variablen Gleichspannung
AT523974B1 (de) Gleichspannungswandler und Umrichteranordnung mit einem Gleichspannungswandler
DE102005044639A1 (de) Blindleistungskompensationseinrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20221004

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
P01 Opt-out of the competence of the unified patent court (upc) registered

Effective date: 20230503

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20230824

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20240104