EP4298723A1 - Umrichter sowie verfahren zum betrieb eines umrichters - Google Patents

Umrichter sowie verfahren zum betrieb eines umrichters

Info

Publication number
EP4298723A1
EP4298723A1 EP22711504.5A EP22711504A EP4298723A1 EP 4298723 A1 EP4298723 A1 EP 4298723A1 EP 22711504 A EP22711504 A EP 22711504A EP 4298723 A1 EP4298723 A1 EP 4298723A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
phases
switching
phase
converter
electric motor
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.)
Pending
Application number
EP22711504.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andrej JEREB
Johannes ROSSMANN
Thomas Leiber
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.)
LSP Innovative Automotive Systems GmbH
Original Assignee
LSP Innovative Automotive Systems 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 LSP Innovative Automotive Systems GmbH filed Critical LSP Innovative Automotive Systems GmbH
Publication of EP4298723A1 publication Critical patent/EP4298723A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/18—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring with arrangements for switching the windings, e.g. with mechanical switches or relays
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/18—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring with arrangements for switching the windings, e.g. with mechanical switches or relays
    • H02P25/188—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring with arrangements for switching the windings, e.g. with mechanical switches or relays wherein the motor windings are switched from series to parallel or vice versa to control speed or torque
    • 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
    • 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
    • H02M7/53—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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/22—Multiple windings; Windings for more than three phases
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters

Definitions

  • the invention relates to a converter and a method for operating a converter.
  • Converters for connection to and for the supply of electric motors are well known.
  • an induced voltage is proportional to the speed.
  • the induced voltage is very low at low speeds, resulting in low efficiency at such low speeds.
  • a low duty cycle (also referred to as duty cycle) causes a high and undesired harmonic content in the current curve.
  • This high harmonic content is the cause of unwanted losses within the electric motor and a generally poor efficiency at low speeds.
  • These disadvantages can be eliminated by increasing the magnetic flux. Flier this reduces the basic adjustment range of the electric motor and increases the field weakening range.
  • the operating range in which the electric motor is operated with maximum voltage and rated frequency can be referred to as the basic setting range, expressed generally and in simplified terms.
  • the field weakening range can be understood to mean an operating range of the electric motor in which the magnetic flux and thus the magnetic field is weakened in order to achieve an increase in the speed, but at the expense of the torque.
  • a second aspect relates to a voltage variability of the supply voltage of the converter or of the electric motor.
  • the supply voltage changes as a result of the battery being discharged during operation of the electric motor. This changing battery voltage affects the control of the converter as well as the harmonic content and thus the efficiency of the electric motor.
  • redundancy in electric motors is absolutely necessary or relevant nowadays, particularly in many areas of application. In this context, it must be ensured that if one or more components fail, the electric motor will continue to run with at least reduced power. Configurations are known which enable redundancy, for example by means of duplicate designs and/or an intermediate circuit tap via switches or diodes. However, such redundancies are sometimes expensive and complex to implement.
  • the invention is based on the object of specifying a converter and a method for operating a converter, with the aid of which the disadvantages described above are at least reduced.
  • the object is achieved according to the invention by a converter with the features of claim 1.
  • the object is achieved according to the invention by a method with the features of claim 10.
  • each phase of the electric motor can have at least one coil.
  • at least two phases are preferably combined to form a strand. If the electric motor has six phases, for example, two phases can thus be combined into a total of three strands.
  • one of the at least two phases of the strand is electrically rotated by 180 degrees relative to the other phase of the strand. Rotated electrically by 180 degrees can be understood here to mean that the two affected phases are connected inversely to one another, ie if an electric current flows in one direction through one phase, it flows in the opposite direction through the inverted phase.
  • a first half of the phases can be interconnected via at least a first star point or via a first polygon circuit.
  • a second half of the phases is interconnected via at least a second star point or via a second polygon circuit.
  • the polygon circuit can be a delta circuit, for example.
  • three of the six phases are interconnected via a star point or a polygon circuit, so that there are two star points in all.
  • the converter also has n switching units, in which case one switching unit can be assigned to a phase and the switching units of the at least two phases of a phase can form a switching module. That is, referring to the above example of the 6-phase electric motor, the inverter has six switching units and three switching modules. In general, the number or number of existing switching units corresponds to the number of phases of the electric motor or number of phases.
  • each phase of a strand can be directly connected to one of the two switching units of the associated switching module.
  • directly connected can be understood to mean that no switching element is arranged between the switching unit or the switching module and the electric motor.
  • Each switching unit is also connected to a voltage supply unit, each switching unit having two supply switching elements for applying a supply voltage to the connected phase.
  • the power supply unit can be a battery or a battery trade another voltage source.
  • the supply voltage can be an output voltage of the converter, ie the voltage applied to the electric motor.
  • This voltage can, for example, be a modulated voltage, in particular an alternating voltage.
  • the switching units of a switching module are connected to one another via an electrical connecting line, with a connecting switching element being arranged in the electrical connecting line in each of the switching units of a switching module. Two connecting switching elements are thus arranged in each electrical connecting line.
  • the supply switching elements and the connection switching elements can be, for example, transistors, e.g., MOSFET or IGBT.
  • any electronic (semiconductor) switching element can be used as a supply switching element and/or connecting switching element.
  • the interconnection of the respective at least two phases can be changed.
  • This change can be a change from a parallel connection of the at least two phases to a series connection or a change from a series connection to a parallel connection.
  • the electric current flows in parallel through the coils of the two phases of the phase when the phases are connected in parallel.
  • the electric current flows, to put it simply, first through one of the two coils and then through the other coil of the two phases of the strand.
  • the configuration of the converter described above makes it possible to implement a converter with only 18 switching elements (altogether only six connecting switching elements and only twelve supply switching elements), which enables switching from a series connection to a parallel connection of the phases and vice versa during operation of the electric motor.
  • the twelve supply switching elements are active in a parallel connection, while the six connecting switching elements and six of the twelve supply switching elements are active in a series connection.
  • Active here can be understood to mean that these switching elements be controlled clocked, while the other switching elements are, for example, in the freewheel.
  • topologies known from the prior art and similar ones usually have between 30 and more than 40 switching elements.
  • the at least one operating parameter is an operating mode, in particular operation in the field weakening range or in the basic control range.
  • the one operating parameter is a current voltage level of the supply voltage and/or a failure of one or more operating elements.
  • the at least one operating parameter can also be a speed of the electric motor. In this case, for example, switching can then take place at a predetermined speed in order to replace a gear arranged on the electric motor. In this case, an increase in efficiency can then be achieved by switching over.
  • switching over the interconnection can optimize the electric motor and thus at least minimize losses.
  • the converter can switch to parallel connection. This reduces the ohmic losses, in particular idle current losses within the electric motor.
  • the phases can be switched from a parallel connection to a series connection of the phases, which also reduces motor losses, in particular losses caused by harmonics.
  • switching from series connection to parallel connection or vice versa takes place depending on the failure of one or more operating elements.
  • the operating elements can be understood here and not exclusively as the switching elements (supply switching elements and connecting switching elements) and/or the coils of the individual phases. This configuration makes it possible in a simple manner, if one or more operating elements fail, to continue to operate the electric motor by switching from series connection to parallel connection.
  • the converter has a control unit for activating the switching elements, with the control unit being set up in such a way that the two phases of a strand are connected in parallel or in series with one another depending on the at least one operating parameter of the electric motor or in order to set the operating mode of the electric motor.
  • the control unit can also be connected to a voltage detection sensor, for example, which transmits the current voltage level of the supply voltage to it.
  • the already mentioned voltage-level-dependent switchover can then be initialized by the control unit. It goes without saying that the control unit is set up in such a way that all switching elements of all switching units of the converter are switched accordingly.
  • the operating mode of the electric motor is an operation for a (temporary) increase in torque, also referred to as "boost mode", or multilevel operation.
  • Multilevel operation can be a fundamentally known operating mode of electric motors in which a Clocking or switching takes place as a function of an available voltage level.This achieves a more precise sine curve for the supply voltage.
  • a switchover from series connection to parallel connection can take place during a sine cycle.
  • at least half of the phases are connected via a common star point or a common polygon circuit, for example a delta circuit.
  • the at least one first neutral point of the first half of the phases and the at least one second neutral point of the second half of the phases are separated in a star connection.
  • the two star connections have separate star points.
  • star points for example four star points (two first star points in the first half of the phases and two second star points in the second half of the phases) in a 12-phase electric motor, these are also designed separately from one another.
  • Such an interconnection has proven to be particularly advantageous with regard to improved harmonic behavior.
  • a fuse unit also referred to as a "circuit breaker unit" is arranged between the converter and the electric motor.
  • the fuse unit which preferably has at least one fuse switching element per phase, preferably galvanically disconnects the converter from the electric motor in the event of a fault secured.
  • the switching units of the first half of the phases and the switching units of the second half of the phases are each connected to different voltage supply units. I.e. the switching units of the first half of the phases are connected to a first voltage supply unit, for example, and the switching units of the second half of the phases are connected to a second voltage supply unit, for example.
  • the converter can be supplied twice, which creates a further redundancy level or option with regard to the voltage supply. In order to create further redundancy, it is also possible to provide two microcontrollers.
  • the switching units are arranged in a common structural unit and, in particular, are integrated in a common structural unit.
  • the supply switching elements which serve to apply the supply voltage to the electric motor
  • the connecting switching elements which implement switching from series to parallel connection and vice versa, are in a common structural unit summarized. This saves space, weight and costs in comparison to the already known configurations, in which the above-mentioned switching elements are usually designed in separate units.
  • the converter and the n-phase electric motor can be used, for example, as an electric drive (also referred to as a power pack) for various industrial applications and/or as a drive for vehicles.
  • the object directed to the method is achieved by a method for operating a converter that is connected to an n-phase electric motor, wherein
  • - n is an integer greater than or equal to 6;
  • each phase has at least one coil
  • a first half of the phases are connected via at least a first neutral point or a first polygon circuit and a second half of the phases are connected via at least a second neutral point or a second polygon circuit, the method comprising the following steps:
  • the converter is in particular the converter already described above.
  • the advantages and preferred configurations listed with regard to the converter can be applied analogously to the method and vice versa.
  • 1 shows a simplified circuit diagram of the converter according to the invention according to a first embodiment, which is connected to an electric motor,
  • Fig. 2 like the circuit diagram. Fig. 1 with marked course of a
  • Fig. 3 the circuit diagram like. Fig. 1 with marked course of a
  • Fig. 4 is a sketched representation of a 12-phase system in
  • Fig. 5 is a simplified circuit diagram of the converter according to the invention for
  • Fig. 6 shows a sketched course of the voltage during the
  • FIG. 7 shows an alternative exemplary embodiment of a converter.
  • the converter 2 according to the invention shown in FIG. 1 is connected to an electric motor 4 with six phases U, V, W, U′, V′, W′, which is shown only schematically with a circuit and its connections.
  • phase U, V, W, U', V', W' has at least one, in the exemplary embodiment.
  • Fig. 1 exactly one coil 6 (see. Fig. 2-5).
  • Two phases each U, V, W, U′, V′, W′ are combined to form a phase 8 .
  • a strand 8 is shown in FIG. 2 as an example by encircling the phases forming the strand 8 in each case.
  • one of the two phases U, V, W, U', V', W' of the rod 8 is electrically rotated by 180 degrees with respect to the other phase U, V, W, U', V', W' of the same rod 8 , i.e. inverted.
  • the respectively inverted phases U', V', W' are marked with a dash.
  • phase U' is the inverted phase connected to phase U
  • Phase V' is the phase V inverted
  • phase W' is the phase W inverted.
  • the converter 2 also has six switching units 10, which are represented by dashed rectangles.
  • One switching unit 10 is assigned to each phase U, V, W, U', V', W'.
  • each of the switching units 10 of the two phases U, V, W, U′, V′, W′ of a phase 8 form a switching module 12 .
  • the switching units 10 that are on top of one another when viewed pictorially form a switching module 12 so that the converter 2 according to the invention as shown in FIG. 1 has three switching modules 12 .
  • each phase U, V, W, U′, V′, W′ of a phase 8 is connected directly to one of the two switching units 10 of the associated switching module 12 , ie without a component arranged in between.
  • the top left switching unit 10 is connected directly to phase U, while the bottom left switching unit 10 is connected directly to phase U′.
  • the upper, left switching unit and the lower, left switching unit here form a previously mentioned switching module 12 .
  • the top center switching unit 10 is directly connected to phase V, while the bottom center switching unit 10 is directly connected to phase V'.
  • the upper right switching unit 10 is directly connected to the W phase, while the lower right switching unit 10 is directly connected to the W' phase.
  • points on two crossing lines represent a conductive connection, while lines crossing without a point shown are not electrically connected to each other.
  • Each switching unit 10 is connected to a voltage supply unit 14, shown only schematically, which applies a supply voltage to the individual phases U, V, W, U′, V′, W′.
  • each switching unit 10 has two supply switching elements 16 .
  • the supply switching elements 16 are in the form of MOSFETs.
  • the supply voltage can be understood, for example, as an output voltage of the converter 2 with which the electric motor 4 is acted upon.
  • switching units 10 of a switching module 12 are connected to one another via an electrical connecting line 18 .
  • a connecting switching element 20 is arranged in each of the switching units 10 of a switching module 12 .
  • two connecting switching elements 20 are arranged in each connecting line 18, one of which is assigned to a switching unit 10 of the switching module 12, or is arranged there.
  • the converter 2 has a control unit 22 which is set up in such a way as to activate the supply switching elements 16 and the connecting switching elements 20 .
  • the converter 2 has a fuse unit 24, which is also referred to as a "circuit breaker module” and is arranged between the electric motor 4 and the converter 2.
  • the fuse unit 24 usually has switching elements, not shown, which are set up to protect the electric motor 4 preferably electrically isolated from the converter 2 in the event of a fault.
  • FIG. 2 shows the circuit diagram of the converter 2 according to FIG. 1 again.
  • the electric motor 4 is shown reduced to the six phases U, V, W, U′, V′, W′ in FIG. 2 .
  • the interconnection or the connections of the individual phases U, V, W, U′, V′, W′ to the connections of the converter 2 are shown in simplified form.
  • the interconnection by the fuse unit 24 is shown in simplified form by dashed lines.
  • a first half 26 and a second half 28 of the phases U, V, W, U′, V′, W′ are each connected to one another via a common neutral point 30a, 30b.
  • reference number 30a is the first star point of the first half 26 of the phases U, V, W, U', V', W'
  • reference number 30b is the second star point of the second half 28 of the phases U, V, W, U ', V', W' marked.
  • each of the first half 26 and the second half 28 via a polygon circuit, in particular via a connected in delta circuit.
  • three phases each form a star connection with a star point 30 .
  • the inverted phases and the non-inverted phases each form a half 26, 28 which are each connected via a common star point 30.
  • a current curve for a current I with a series connection of the phases U, V, W, U′, V′, W′ is explained below.
  • the phase U and the phase U′ switched in inverted relation thereto, to which the left-hand switching module 12—viewed in the plane of the image—is assigned are used as an example.
  • an electric current I flows through the upper supply switching element 16 of the upper left switching unit 10 and through the line connected to it via the phase connection U into the electric motor 4. There the current I flows through the coil 6 of phase U in the direction of the star point 30a of the first half 26. In this star point 30a, the current I divides and flows out of the electric motor 4 through the coils 6 of phases W and V in the direction of the phase connections.
  • the partial current IT which flows back into the converter 2 through the phase connection of phase W, flows via the electrical connecting line 18 of the right-hand switching module 12 and thus through the connecting switching element 20 of the upper, right-hand switching unit 10 and the lower, right-hand switching unit 10 before it flows again flows back into the electric motor 4 via the phase connection of phase W'.
  • the partial current IT flows via the coil 6 of phase W' into the star point 30b of the second half 28.
  • the partial current IT which flows back into the converter 2 through the phase connection of phase V, flows via the electrical connecting line 18 of the central switching module 12 and thus through the connecting switching element 20 of the upper, middle switching unit 10 and the lower, middle switching unit 10 before it again flows back via the phase connection of phase V' into the electric motor 4.
  • the partial current IT also flows via the coil 6 of phase V' into the star point 30b of the second half 28.
  • the two partial currents IT meeting at this star point 30b of the second half 28 then flow as a current I through the coil of phase U' (here in the opposite direction than previously through the coil 6 of phase U) back into the converter 2, namely in the lower, left switching unit 10 and via the lower supply switching element 16 of the lower, left switching unit 10 to ground.
  • the above example only represents a concrete, temporary switching state of the switching elements 16, 20 which are clocked in regular operation, e.g. by means of pulse width modulation.
  • the current curve described above serves as a non-restrictive example of a current curve within the converter 2 and the electric motor 4.
  • Other current curves, which are made possible by the specified connection of the converter, are also conceivable.
  • the electrical connecting line 18 and the connecting switching elements 20 arranged therein, which enable the compact design and the current flow described above and the series connection within the converter 2 according to the invention, are special and essential to the invention.
  • Fig. 3 the current curve is shown and explained using the example of phase U in a parallel circuit:
  • the upper supply switching element 16 of the upper, left switching unit 10 is switched on and an electric current I flows through it into the phase connection of phase U in the electric motor 4.
  • the current I flows through the coil 6 of phase U into the star point 30a of the first Half 26 and splits up there.
  • the current parts IT each flow via the lower supply switching elements 16 of both the upper, central switching unit 10 and the upper, right-hand switching unit 10 on mass.
  • an electrical partial current IT flows simultaneously through the two upper supply switching elements 16 of the lower, central switching unit 10 and the lower, right switching unit 10.
  • the two partial currents IT then flow via the phase connections of phases W' and V' and through the coils 6 of the phases W' and V' into the star point 30b of the second half 28.
  • this current flows through the coil 6 of phase U' via the phase connection of phase U' out of the electric motor 4 out and into the converter 2 in order to flow there through the lower supply switching element 16 of the lower left switching unit 10 to ground.
  • the parallel connection corresponds to an interconnection by means of six independent half-bridges.
  • Fig. 4 is a sketched representation of a twelve-phase system U, V, W, X, Y, Z, U', V', W', C', U', Z' in star connection with separate star points 30 shown.
  • three phases are connected together to form a star and the star points 30 of the four separate star connections are all separate from one another. This has proven to be particularly advantageous with regard to avoiding undesired harmonics.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a circuit diagram of the converter 2 according to the invention for an n-phase electric motor 4 .
  • the switching units 10 are divided into three blocks, which are provided with the capital letters A, B and C.
  • the switching units 10 according to blocks A and C correspond to the switching units 10 already described above.
  • the switching units 10 according to block B differ from the switching units 10 of blocks A and C in that they each have two connecting switching elements 20 .
  • This embodiment is based on the idea that the switching units 10 according to block B serve as "connecting units" and thus connect the switching units 10 according to block A and the switching units 10 according to block C with one another if the electric motor has several phases and in particular more than the six previously described
  • a 9-phase electric motor can be operated in an embodiment of the converter 2 with, for example, nine switching units 10, i.e. the blocks A, B and C, each with three switching units 10.
  • the block B can be arranged several times between block A and block C.
  • switching units 10 can be provided per block in order to cover several phases per block
  • the modularity of the converter 2 according to the invention shown in FIG be adapted to polyphase electric motors 4.
  • FIG. 6 shows a sketch of the voltage U and the switching intervals from parallel connection to series connection and vice versa of the converter 2 during multilevel operation.
  • the reference character Uschw eii denotes the voltage value from which switching takes place between the series connection and the parallel connection. This is also illustrated graphically in FIG. 6 by vertical lines and the curly brackets above the respective switching range.
  • a sinusoidal target voltage U s oii is set by the clocked, real voltage U re ai . Since the multilevel operation of converters is known in principle, further, more detailed explanations on this are dispensed with.
  • each switching unit 10 has eight supply switching elements 16 and one connecting switching element 20 which is only shown schematically.
  • 6 shows a converter 2 for operating an electric motor 4 with six phases (U, V, W, U', V', W').
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments described above. On the contrary, other variants of the invention can also be derived from this by a person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all of the individual features described in connection with the exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways without departing from the subject matter of the invention.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Es wird ein Umrichter (2) angegeben, der zum Anschluss an einen n-Phasen-Elektromotor (4) ausgebildet ist, wobei in Abhängigkeit zumindest eines Betriebsparameters des Elektromotors (4) oder zur Einstellung eines Betriebsmodus des Elektromotors (4) die jeweils mindestens zwei Phasen (U, V, W, U', V', W') des Strangs (8) parallel oder in Serie zueinander geschaltet sind. Ferner wird ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Umrichters (2) angegeben.

Description

Umrichter sowie Verfahren zum Betrieb eines Umrichters
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft einen Umrichter sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Umrichters.
Umrichter zum Anschluss an und zur Versorgung von Elektromotoren sind hinlänglich bekannt. Bei permanentmagneterregten Elektromotoren ist eine induzierte Spannung proportional zur Drehzahl. Dies hat zur Folge, dass die induzierte Spannung bei niedrigen Drehzahlen sehr gering ist, was zu einem niedrigen Wirkungsgrad bei derartigen niedrigen Drehzahlen führt.
Ferner versursacht ein niedriger Tastgrad (auch als Duty Cycle bezeichnet) einen hohen und unerwünschten Oberwellengehalt im Stromverlauf. Dieser hohe Oberwellengehalt ist ursächlich für unerwünschte Verluste innerhalb des Elektromotors sowie einen allgemein schlechten Wirkungsgrad bei niedrigen Drehzahlen. Diese Nachteile können behoben werden, indem der magnetische Fluss erhöht wird. Flierdurch wird der Grundstellbereich des Elektromotors reduziert und der Feldschwächbereich erhöht. Unter dem Grundstellbereich kann hierbei allgemein und vereinfacht ausgedrückt der Betriebsbereich bezeichnet werden, in dem der Elektromotor mit maximaler Spannung und Nennfrequenz betrieben wird. Unter dem Feldschwächbereich kann hierbei ein Betriebsbereich des Elektromotors verstanden werden, bei dem der magnetische Fluss und damit das magnetische Feld abgeschwächt wird, um eine Steigerung der Drehzahl, jedoch zu Lasten des Drehmoments, zu erreichen.
Die zuvor erwähnte Reduzierung des Grundstellbereichs wirkt sich negativ auf den Wirkungsgrad bei höheren Drehzahlen aus. In diesem Zusammenhang führt ein niedriger magnetischer Fluss zu einem besseren Wirkungsgrad bei hohen Drehzahlen. Den Nachteilen der jeweiligen Betriebsbereiche kann beispielsweise mit einem mehrgängigen Getriebe begegnet werden, was jedoch Nachteile im Hinblick auf entstehende Kosten, Gewicht sowie mechanische Verluste mit sich bringt. Ferner ist es möglich, die Verschaltung, insbesondere die Verschaltung der Ankerwicklungen innerhalb des Elektromotors während des Betriebs (z.B. in Abhängigkeit der Drehzahl) zu ändern, um die zuvor beschriebenen Motorverluste zu reduzieren.
Ein zweiter Aspekt betrifft eine Spannungsvariabilität der Versorgungsspannung des Umrichters bzw. des Elektromotors. Insbesondere bei einer Spannungsversorgung durch eine Batterie ändert sich die Versorgungsspannung durch ein Entladen der Batterie während des Betriebs des Elektromotors. Diese veränderliche Batteriespannung wirkt sich auf die Ansteuerung des Umrichters sowie auf den Oberwellengehalt und damit auf den Wirkungsgrad des Elektromotors aus.
Ferner ist eine Redundanz bei Elektromotoren insbesondere bei vielen Einsatzgebieten heutzutage zwingend erforderlich bzw. relevant. In diesem Zusammenhang muss sichergestellt sein, dass bei einem Ausfall einer oder mehrerer Komponenten, der Elektromotor mit zumindest verminderter Leistung weiterläuft. Es sind Ausgestaltungen bekannt, die eine Redundanz ermöglichen, beispielsweise durch doppelte Ausführungen und/oder eine Zwischenkreisanzapfung über Schalter oder Dioden. Derartige Redundanzen sind jedoch teilweise aufwändig und komplex in der Realisierung.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Umrichter sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Umrichters anzugeben, mit deren Hilfe die vorstehend beschriebenen Nachteile zumindest reduziert werden.
Mit Blick auf den Umrichter wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen Umrichter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Mit Blick auf das Verfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.
Insbesondere wird die auf den Umrichter gerichtete Aufgabe gelöst durch einen Umrichter, der zum Anschluss an einen n-Phasen-Elektromotor ausgebildet ist, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 6 ist. In anderen Worten wird die Aufgabe gelöst durch einen Umrichter zum Anschluss an einen Elektromotor mit einer Phasenanzahl n, wobei die Phasenanzahl n größer oder gleich 6 ist. Ferner kann jede Phase des Elektromotors zumindest eine Spule aufweisen. Jeweils mindestens zwei Phasen sind vorzugsweise zu einem Strang zusammengefasst. Weist der Elektromotor beispielsweise sechs Phasen auf, können somit jeweils zwei Phasen zu insgesamt drei Strängen zusammengefasst sein. Zudem ist jeweils eine der mindestens zwei Phasen des Strangs zu der anderen Phase des Strangs um 180 Grad elektrisch gedreht. Unter um 180 Grad elektrisch gedreht kann vorliegend verstanden werden, dass die beiden betroffenen Phasen invertiert zueinander geschaltet sind, d.h. fließt ein elektrischer Strom in einer Richtung durch die eine Phase, so fließt er entgegen dieser Richtung durch die invertierte Phase.
Eine erste Hälfte der Phasen kann über mindestens einen ersten Sternpunkt oder über eine erste Polygonschaltung verschaltet sein. Ebenso ist eine zweite Hälfte der Phasen über mindestens einen zweiten Sternpunkt oder über eine zweite Polygonschaltung verschaltet. Bei der Polygonschaltung kann es sich beispielsweise um eine Dreieckschaltung handeln. In Bezug auf vorstehendes Beispiel mit dem 6-Phasen-Elektromotor sind jeweils drei der sechs Phasen über einen Sternpunkt oder eine Polygonschaltung miteinander verschaltet, sodass in Gänze zwei Sternpunkte vorhanden sind.
Der Umrichter weist ferner n Schalteinheiten auf, wobei jeweils eine Schalteinheit einer Phase zugeordnet sein kann und jeweils die Schalteinheiten der mindestens zwei Phasen eines Strangs ein Schaltmodul ausbilden können. D.h. mit Bezug auf das vorstehende Beispiel des 6-Phasen-Elektromotors weist der Umrichter sechs Schalteinheiten und drei Schaltmodule auf. Allgemein entspricht die Zahl bzw. Anzahl der vorhandenen Schalteinheiten der Zahl der Phasen des Elektromotors bzw. Phasenanzahl.
Hierbei kann jede Phase eines Strangs mit jeweils einer der beiden Schalteinheiten des zugeordneten Schaltmoduls direkt verbunden sein. Unter direkt verbunden kann vorliegend verstanden werden, dass zwischen der Schalteinheit bzw. dem Schaltmodul und dem Elektromotor kein Schaltelement angeordnet ist.
Jede Schalteinheit ist ferner mit einer Spannungsversorgungseinheit verbunden, wobei jede Schalteinheit zwei Versorgungsschaltelemente aufweist zum Beaufschlagen der verbundenen Phase mit einer Versorgungsspannung. Bei der Spannungsversorgungseinheit kann es sich vorliegend um eine Batterie oder eine andere Spannungsquelle handeln. Bei der Versorgungsspannung kann es sich im Rahmen der vorliegenden Anmeldung um eine Ausgangsspannung des Umrichters handeln, also um die Spannung, mit der der Elektromotor beaufschlagt wird.
Diese Spannung kann beispielsweise eine modulierte Spannung, insbesondere eine Wechselspannung sein.
Die Schalteinheiten eines Schaltmoduls sind über eine elektrische Verbindungsleitung miteinander verbunden, wobei in den Schalteinheiten eines Schaltmoduls jeweils ein Verbindungsschaltelement in der elektrischen Verbindungsleitung angeordnet ist. In jeder elektrischen Verbindungsleitung sind somit zwei Verbindungsschaltelemente angeordnet.
Bei den Versorgungsschaltelementen und den Verbindungsschaltelementen kann es sich beispielsweise um Transistoren, z.B. MOSFET oder IGBT handeln.
Allgemein können jegliche elektronische (Halbleiter-)Schaltelemente als Versorgungsschaltelement und/oder Verbindungsschaltelement herangezogen werden.
In Abhängigkeit zumindest eines Betriebsparameters des Elektromotors und/oder zur Einstellung eines Betriebsmodus des Elektromotors kann ein Wechsel der Verschaltung der jeweils mindestens zwei Phasen erfolgen. Dieser Wechsel kann ein Wechsel aus einer Parallelschaltung der mindestens zwei Phasen in eine serielle Schaltung oder ein Wechsel aus einer seriellen Schaltung in eine Parallelschaltung sein. Somit fließt vereinfacht ausgedrückt der elektrische Strom bei Parallelschaltung der Phasen parallel durch die Spulen der jeweils zwei Phasen des Strangs. Bei der Serienschaltung der jeweils zwei Phasen fließt der elektrische Strom vereinfacht ausgedrückt somit erst durch eine der beiden Spulen und dann durch die andere Spule der jeweils zwei Phasen des Strangs.
Durch die vorstehend beschriebene Konfiguration des Umrichters ist es ermöglicht mit lediglich 18 Schaltelementen (zusammengerechnet lediglich sechs Verbindungsschaltelemente und lediglich zwölf Versorgungsschaltelemente) einen Umrichter zu realisieren, der ein Umschalten einer Serienschaltung zu einer Parallelschaltung der Phasen und umgekehrt während des Betriebs des Elektromotors ermöglicht. In Parallelschaltung sind hierbei die zwölf Versorgungsschaltelemente aktiv während in Serienschaltung die sechs Verbindungsschaltelemente und sechs der zwölf Versorgungsschaltelemente aktiv sind. Unter aktiv kann hierbei verstanden werden, dass diese Schaltelemente getaktet angesteuert werden, während sich die anderen Schaltelemente beispielsweise im Freilauf befinden. Aus dem Stand der Technik bekannte und ähnliche Topologien weisen hingegen üblicherweise zwischen 30 und über 40 Schaltelemente auf.
Durch die Möglichkeit des Umschaltens während des Betriebs des Elektromotors mit Hilfe des erfindungsgemäßen Umrichters können die eingangs erwähnten Nachteile überwunden werden. Hierdurch kann zum einen eine ausreichende Redundanz eingangs genannter Art geschaffen werden und zum anderen auftretende Motorverluste zumindest reduziert werden. Die speziellen Vorteile werden nachfolgend anhand konkreter Beispiele und Ausführungsformen näher erläutert.
In einer Ausführungsform ist der zumindest eine Betriebsparameter eine Betriebsart, insbesondere ein Betrieb im Feldschwächbereich oder im Grundstellbereich. Alternativ oder ergänzend ist der eine Betriebsparameter ein aktuelles Spannungsniveau der Versorgungsspannung und/oder ein Ausfall eines oder mehrerer Betriebselemente. Alternativ oder ergänzend kann es sich bei dem zumindest einen Betriebsparameter auch um eine Drehzahl des Elektromotors handeln. Hierbei kann dann beispielsweise ein Umschalten bei einer vorbestimmten Drehzahl erfolgen, um ein an dem Elektromotor angeordnetes Getriebe zu ersetzen. Hierbei kann dann durch das Umschalten eine Wirkungsgraderhöhung erzielt werden.
In Bezug auf den Betrieb im Feldschwächbereich oder im Grundstellbereich kann durch die Umschaltung der Verschaltung eine Optimierung des Elektromotors erreicht werden und somit Verluste zumindest minimiert werden. Befindet sich der Elektromotor beispielsweise im Feldschwächbereich und sind die Phasen seriell zueinander geschaltet, kann der Umrichter auf die Parallelschaltung umschalten. Dies verringert die ohmschen Verluste, insbesondere Blindstromverluste innerhalb des Elektromotors. Umgekehrt bzw. analog dazu, kann bei einem Betrieb im Grundstellbereich von einer parallelen Schaltung der Phasen auf eine Serienschaltung der Phasen umgeschaltet werden, was ebenfalls Motorverluste, insbesondere durch Oberwellen verursachte Verluste reduziert.
Mit Bezug auf das aktuelle Spannungsniveau der Versorgungsspannung kann ein Umschalten von Serienschaltung zu Parallelschaltung oder umgekehrt erfolgen, wenn das aktuelle Spannungsniveau z.B. unter einen vorbestimmten Wert sinkt. Die Verschaltung erfolgt somit in Abhängigkeit des aktuellen Spannungsniveaus. Hierdurch können die bereits eingangs erwähnten Nachteile bei schwankender Versorgungsspannung, insbesondere bei einer Versorgung mittels einer oder mehrerer Batterien, zumindest reduziert werden.
Alternativ oder ergänzend erfolgt die Umschaltung von Serienschaltung zu Parallelschaltung oder umgekehrt in Abhängigkeit eines Ausfalls eines oder mehrerer Betriebselemente. Unter den Betriebselementen können vorliegend und nicht abschließend die Schaltelemente (Versorgungsschaltelemente und Verbindungsschaltelemente) und/oder die Spulen der einzelnen Phasen verstanden werden. Durch diese Ausgestaltung ist es auf einfache Weise ermöglicht, bei Ausfall einer oder mehrerer Betriebselemente durch eine Umschaltung von Serienschaltung zu Parallelschaltung den Elektromotor dennoch weiter zu betreiben.
In einer Ausführungsform weist der Umrichter eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Schaltelemente auf, wobei die Steuereinheit derart eingerichtet ist, in Abhängigkeit des zumindest einen Betriebsparameters des Elektromotors oder zur Einstellung des Betriebsmodus des Elektromotors die jeweils zwei Phasen eines Stranges parallel oder in Serie zueinander zu schalten. Hierbei kann die Steuereinheit ebenfalls beispielsweise mit einem Spannungserfassungssensor verbunden sein, der ihr das aktuelle Spannungsniveau der Versorgungsspannung übermittelt. Hierdurch kann dann die bereits erwähnte spannungsniveauabhängige Umschaltung durch die Steuereinheit initialisiert werden. Es versteht sich von selbst, dass die Steuereinheit derart eingerichtet ist, alle Schaltelemente aller Schalteinheiten des Umrichters entsprechend zu schalten.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Betriebsmodus des Elektromotors ein Betrieb zu einer (temporären) Drehmomentsteigerung, auch als „Boost-Modus" bezeichnet, oder ein Multilevelbetrieb. Bei dem Multilevelbetrieb kann es sich vorliegend um einen grundsätzlich bekannten Betriebsmodus von Elektromotoren handeln, bei dem eine Taktung bzw. Umschaltung in Abhängigkeit eines verfügbaren Spannungsniveaus oder -levels erfolgt. Hierdurch wird ein genauerer Sinusverlauf der Versorgungsspannung erreicht. Während des Multilevelbetriebs kann beispielsweise eine Umschaltung von Serienschaltung zu Parallelschaltung während eines Sinuszyklus erfolgen. Gemäß einer Ausführungsform sind mindestens die Hälfte der Phasen über einen gemeinsamen Sternpunkt oder eine gemeinsame Polygonschaltung, beispielsweise eine Dreieckschaltung verschaltet.
Ferner sind gemäß einer Ausführungsform bei Sternschaltung der mindestens eine erste Sternpunkt der ersten Hälfte der Phasen und der mindestens eine zweite Sternpunkt der zweiten Hälfte der Phasen getrennt. Mit anderen Worten weisen die beiden Sternschaltungen getrennte Sternpunkte auf. Grundsätzlich sind bei mehreren Sternpunkten, beispielsweise bei 4 Sternpunkten (zwei erste Sternpunkte der ersten Hälfte der Phasen und zwei zweite Sternpunkte der zweiten Hälfte der Phasen) bei einem 12-Phasigen-Elektromotor diese ebenfalls voneinander getrennt ausgebildet. Eine derartige Verschaltung hat sich insbesondere hinsichtlich eines verbesserten Oberwellenverhaltens als vorteilhaft erwiesen.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Sicherungseinheit, auch als „Circuit Breaker Unit" bezeichnet, zwischen dem Umrichter und dem Elektromotor angeordnet. Durch die Sicherungseinheit, die vorzugsweise pro Phase zumindest ein Sicherungsschaltelement aufweist, ist ein vorzugsweise galvanisches Trennen des Umrichters von dem Elektromotor in einem Fehlerfall sichergestellt.
Gemäß einer Weiterbildung sind die Schalteinheiten der ersten Hälfte der Phasen und die Schalteinheiten der zweiten Hälfte der Phasen jeweils an unterschiedliche Spannungsversorgungseinheiten angeschlossen. D.h. die Schalteinheiten der ersten Hälfte der Phasen sind beispielsweise an eine erste Spannungsversorgungseinheit und die Schalteinheiten der zweiten Hälfte der Phasen sind beispielsweise an eine zweite Spannungsversorgungseinheit angeschlossen. Somit kann der Umrichter doppelt versorgt werden, was eine weitere Redundanzebene bzw. -möglichkeit hinsichtlich der Spannungsversorgung schafft. Um eine weitere Redundanz zu schaffen ist es auch möglich, zwei Mikrocontroller vorzusehen.
In einer Ausführungsform sind die Schalteinheiten in einer gemeinsamen Baueinheit angeordnet und insbesondere in einer gemeinsamen Baueinheit integriert. Mit anderen Worten sind somit die Versorgungsschaltelemente, die für die Beaufschlagung des Elektromotors mit der Versorgungsspannung dienen, und die Verbindungsschaltelemente, die ein Umschalten von Serien- zu Parallelschaltung und umgekehrt realisieren, in einer gemeinsamen Baueinheit zusammengefasst. Hierdurch wird im Vergleich zu den bereits bekannten Ausgestaltungen, bei denen die oben genannten Schaltelemente üblicherweise in getrennten Einheiten ausgeführt sind, Platz, Gewicht und Kosten gespart.
Der Umrichter sowie der n-Phasen-Elektromotor können beispielsweise als elektrischer Antrieb (auch als Power-Pack bezeichnet) für diverse Industrieanwendungen und/oder als Antrieb für Fahrzeuge dienen.
Konkret wird die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Umrichters, der an einen n-Phasen-Elektromotor angeschlossen ist, wobei
- n eine ganze Zahl größer oder gleich 6 ist;
- jede Phase zumindest eine Spule aufweist;
- jeweils mindestens zwei Phasen zu einem Strang zusammengefasst sind;
- jeweils eine der zwei Phasen des Stranges zu der anderen Phase des Strangs um 180 Grad elektrisch gedreht ist und
- eine erste Hälfte der Phasen über mindestens einen ersten Sternpunkt oder eine erste Polygonschaltung und eine zweite Hälfte der Phasen über mindestens einen zweiten Sternpunkt oder eine zweite Polygonschaltung verschaltet sind, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte:
- Erfassen von zumindest einem Betriebsparameter des n-Phasen-Elektromotors oder Erfassen eines einzustellenden Betriebsmodus;
- Schalten der jeweils mindestens zwei Phasen eines Strangs in Abhängigkeit des erfassten Betriebsparameters oder des einzustellenden Betriebsmodus parallel oder in Serie zueinander.
Bei dem Umrichter handelt es sich insbesondere um den bereits vorstehend beschriebenen Umrichter. Die im Hinblick auf den Umrichter aufgeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auf das Verfahren zu übertragen und umgekehrt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen in teilweise stark vereinfachter Darstellung: Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild des erfindungsgemäßen Umrichters gemäß einer ersten Ausführungsform, der an einen Elektromotor angeschlossen ist,
Fig. 2 das Schaltbild gern. Fig. 1 mit darin gekennzeichnetem Verlauf eines
Stroms bei Serienschaltung am Beispiel einer Phase,
Fig. 3 das Schaltbild gern. Fig. 1 mit darin gekennzeichnetem Verlauf eines
Stroms bei Parallelschaltung am Beispiel der einen Phase,
Fig. 4 eine skizzierte Darstellung eines 12-Phasen-Systems in
Sternschaltung mit jeweils getrennten Sternpunkten,
Fig. 5 ein vereinfachtes Schaltbild des erfindungsgemäßen Umrichters zum
Anschluss an einen n-Phasen-Elektromotor,
Fig. 6 einen skizzierten Verlauf der Spannung während des
Multilevelbetriebs, der durch den erfindungsgemäßen Umrichter realisiert ist sowie
Fig. 7 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Umrichters.
In den Figuren sind gleichwirkende Bauteile stets mit gleichen Bezugszeichen dargestellt.
Der in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Umrichter 2 ist an einen Elektromotor 4 mit sechs Phasen U, V, W, U', V', W' angeschlossen, der lediglich schematisch mit einem Kreis und seinen Anschlüssen abgebildet ist.
Jede Phase U, V, W, U', V', W' weist zumindest eine, im Ausführungsbeispiel gern. Fig. 1, genau eine Spule 6 auf (vgl. Fig. 2-5). Jeweils zwei Phasen U, V, W, U', V', W' sind zu einem Strang 8 zusammengefasst. Ein Strang 8 ist in Fig. 2 exemplarisch durch eine Umkreisung der jeweils den Strang 8 ausbildenden Phasen dargestellt. Jeweils eine der zwei Phasen U, V, W, U', V', W' des Stangs 8 ist zu der anderen Phase U, V, W, U', V', W' des gleichen Stangs 8 um 180 Grad elektrisch gedreht, also invertiert geschaltet. Die jeweils invertiert geschalteten Phasen U', V', W' sind mit einem Strich gekennzeichnet. So ist im Ausführungsbeispiel die Phase U' die zur Phase U invertiert geschaltete Phase, die Phase V' die zur Phase V invertierte Phase und die Phase W' die zur Phase W invertierte Phase.
Der Umrichter 2 weist ferner im Ausführungsbeispiel sechs Schalteinheiten 10 auf, die durch gestrichelte Rechtecke dargestellt sind. Jeweils eine Schalteinheit 10 ist einer Phase U, V, W, U', V', W' zugeordnet. Zudem bilden jeweils die Schalteinheiten 10 der zwei Phasen U, V, W, U', V', W' eines Strangs 8 ein Schaltmodul 12 aus. In den Figuren bilden jeweils die bildlich betrachtet übereinanderstehenden Schalteinheiten 10 ein Schaltmodul 12 aus, sodass der erfindungsgemäße Umrichter 2 gemäß Fig. 1 drei Schaltmodule 12 aufweist. Hierbei ist jeweils jede Phase U, V, W, U', V', W' eines Strangs 8 mit jeweils einer der beiden Schalteinheiten 10 des zugeordneten Schaltmoduls 12 direkt, also ohne ein dazwischen angeordnetes Bauteil, verbunden. Mit anderen Worten ist bei dem Umrichter 2 gemäß Fig. 1 - in der Bildebene betrachtet - die obere, linke Schalteinheit 10 direkt mit der Phase U verbunden, während die untere, linke Schalteinheit 10 direkt mit der Phase U' verbunden ist. Die obere, linke Schalteinheit und die untere, linke Schalteinheit bilden hierbei ein zuvor erwähntes Schaltmodul 12 aus. Analog hierzu ist die obere, mittige Schalteinheit 10 direkt mit der Phase V verbunden, während die untere, mittige Schalteinheit 10 direkt mit der Phase V' verbunden ist. Ferner ist die obere, rechte Schalteinheit 10 direkt mit der Phase W verbunden, während die untere, rechte Schalteinheit 10 direkt mit der Phase W' verbunden ist. In den Figuren repräsentieren Punkte auf zwei sich kreuzenden Leitungen eine leitende Verbindung, während sich ohne dargestellten Punkt kreuzende Linien nicht elektrisch miteinander verbunden sind.
Jede Schalteinheit 10 ist mit einer lediglich schematisch dargestellten Spannungsversorgungseinheit 14 verbunden, die die einzelnen Phasen U, V, W, U', V', W' mit einer Versorgungsspannung beaufschlagt. Hierzu weist jede Schalteinheit 10 zwei Versorgungsschaltelemente 16 auf. Die Versorgungsschaltelemente 16 sind im Ausführungsbeispiel als MOSFET ausgebildet. Unter der Versorgungsspannung kann hierbei beispielsweise eine Ausgangsspannung des Umrichters 2 verstanden werden, mit der der Elektromotor 4 beaufschlagt wird.
Zudem sind die Schalteinheiten 10 eines Schaltmoduls 12 über eine elektrische Verbindungsleitung 18 miteinander verbunden. In den Schalteinheiten 10 eines Schaltmoduls 12 ist jeweils ein Verbindungsschaltelement 20 angeordnet. Mit anderen Worten sind somit in jeder Verbindungsleitung 18 jeweils zwei Verbindungsschaltelemente 20 angeordnet, von denen jeweils eines einer Schalteinheit 10 des Schaltmoduls 12 zugeordnet ist, bzw. dort angeordnet ist.
In Abhängigkeit von zumindest einem Betriebsparameter des Elektromotors 4 oder zur Einstellung eines Betriebsmodus des Elektromotors 4 sind die jeweils zwei Phasen U, V, W, U', V', W' eines Strangs 8 parallel oder in Serie zueinander geschaltet. Hierzu weist der Umrichter 2 eine Steuereinheit 22 auf, die derart eingerichtet ist, die Versorgungsschaltelemente 16 und die Verbindungsschaltelemente 20 anzusteuern.
Ergänzend weist der Umrichter 2 eine Sicherungseinheit 24 auf, die auch als „Circuit Breaker Modul" bezeichnet wird und zwischen dem Elektromotor 4 und dem Umrichter 2 angeordnet ist. Die Sicherungseinheit 24 weist üblicherweise nicht dargestellte Schaltelemente auf, die dazu eingerichtet sind, den Elektromotor 4 in einem Fehlerfall vorzugsweise galvanisch von dem Umrichter 2 zu trennen.
Die genaue Verschaltung zusammen mit einem Stromverlauf wird nachfolgend für einige ausgewählte Fälle und Phasen U, V, W, U', V', W' erläutert. Dies gilt analog für die jeweils anderen Fälle bzw. Phasen U, V, W, U', V', W'.
In Fig. 2 ist das Schaltbild des Umrichters 2 gemäß Fig. 1 erneut dargestellt. Der Elektromotor 4 ist in Fig. 2 lediglich auf die sechs Phasen U, V, W, U', V', W' reduziert dargestellt. Ferner ist vereinfacht die Verschaltung bzw. die Anschlüsse der einzelnen Phasen U, V, W, U', V', W' an die Anschlüsse des Umrichters 2 gezeigt. Die Verschaltung durch die Sicherungseinheit 24 ist lediglich vereinfacht durch gestrichelte Linien gezeigt.
Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, ist jeweils eine erste Hälfte 26 und eine zweite Hälfte 28 der Phasen U, V, W, U', V', W' über jeweils einen gemeinsamen Sternpunkt 30a, 30b miteinander verschaltet. Hierbei ist mit dem Bezugszeichen 30a der erste Sternpunkt der ersten Hälfte 26 der Phasen U, V, W, U', V', W' und mit dem Bezugszeichen 30b der zweite Sternpunkt der zweiten Hälfte 28 der Phasen U, V, W, U', V', W' gekennzeichnet. Bei nachfolgenden Ausführungen, die beide Sternpunkte 30a, 30b betreffen, wird der Einfachheit halber auch lediglich das Bezugszeichen 30 verwendet. Alternativ sind jeweils die erste Hälfte 26 und die zweite Hälfte 28 über eine Polygonschaltung, insbesondere über eine Dreieckschaltung miteinander verbunden. Mit anderen Worten bilden somit jeweils drei Phasen eine Sternschaltung mit einem Sternpunkt 30 aus. Speziell bilden gemäß der Ausführungsform in Fig. 2 die invertierten Phasen und die nicht invertierten Phasen jeweils eine Hälfte 26, 28 aus, die jeweils über einen gemeinsamen Sternpunkt 30 verschaltet sind.
Nachfolgend wird ein Stromverlauf bei einem Strom I bei Serienschaltung der Phasen U, V, W, U', V', W' erläutert. Als Beispiel dient hierbei die Phase U sowie die hierzu invertiert geschaltete Phase U', denen das - in der Bildebene betrachtet - linke Schaltmodul 12 zugeordnet ist.
Werden allgemein nachfolgend Begriffe wie obere oder untere sowie rechte, mittige oder linke Schalteinheit 10 verwendet, so bezieht sich dies auf die Darstellung innerhalb der Figuren und soll einem einfacheren Verständnis dienen. Im Folgenden wird ein Schaltzustand beschrieben, bei dem nicht erwähnte Schaltelemente geschlossen, also nicht durchlässig geschaltet sind, es sei denn es ist etwas Anderes explizit erwähnt. Der Stromverlauf ist durch mehrere Pfeile grob gekennzeichnet.
Ist das linke Schaltmodul 12 mit einer positiven Versorgungsspannung beaufschlagt, fließt ein elektrischer Strom I durch das obere Versorgungsschaltelement 16 der oberen, linken Schalteinheit 10 und durch die daran angeschlossene Leitung über den Phasenanschluss U in den Elektromotor 4. Dort fließt der Strom I durch die Spule 6 der Phase U in Richtung des Sternpunktes 30a der ersten Hälfte 26. In diesem Sternpunkt 30a teilt sich der Strom I auf und fließt jeweils durch die Spulen 6 der Phasen W und V in Richtung der Phasenanschlüsse aus dem Elektromotor 4 heraus. Der Teilstrom IT, der durch den Phasenanschluss der Phase W in den Umrichter 2 zurückfließt, fließt über die elektrische Verbindungsleitung 18 des rechten Schaltmoduls 12 und damit durch das Verbindungsschaltelement 20 der oberen, rechten Schalteinheit 10 und der unteren, rechten Schalteinheit 10, bevor er erneut über den Phasenanschluss der Phase W' in den Elektromotor 4 zurückfließt. Dort fließt der Teilstrom IT über die Spule 6 der Phase W' in den Sternpunkt 30b der zweiten Hälfte 28.
Der Teilstrom IT, der durch den Phasenanschluss der Phase V in den Umrichter 2 zurückfließt, fließt über die elektrische Verbindungsleitung 18 des mittleren Schaltmoduls 12 und damit durch das Verbindungsschaltelement 20 der oberen, mittleren Schalteinheit 10 und der unteren, mittleren Schalteinheit 10, bevor er erneut über den Phasenanschluss der Phase V' in den Elektromotor 4 zurückfließt. Dort fließt der Teilstrom IT über die Spule 6 der Phase V' ebenfalls in den Sternpunkt 30b der zweiten Hälfte 28.
Die beiden sich in diesem Sternpunkt 30b der zweiten Hälfte 28 treffenden Teilströme IT fließen dann als ein Strom I durch die Spule der Phase U' (hier in entgegengesetzter Richtung als vormals durch die Spule 6 der Phase U) zurück in den Umrichter 2, nämlich in die untere, linke Schalteinheit 10 und über das untere Versorgungsschaltelement 16 der unteren, linken Schalteinheit 10 auf Masse.
Analog hierzu fließen die Ströme bei Beaufschlagung der anderen Phasen und in umgekehrter Richtung bei einer Beaufschlagung mit einer negativen Versorgungsspannung bzw. während der negativen Halbwelle bei einer Wechselspannung. Hierbei ist lediglich unterschiedlich, dass - bezogen auf die Phase U - in der oberen, linken Schalteinheit 10 das untere anstatt des oberen Versorgungsschaltelements 16 durchlässig geschaltet ist und in der unteren, linken Schalteinheit 10 das obere anstatt des unteren Versorgungsschaltelements 16 durchlässig geschaltet ist.
Es versteht sich jedoch von selbst, dass das vorstehende Beispiel lediglich einen konkreten, temporären Schaltzustand der im regulären Betrieb, z.B. mittels einer Pulsweitenmodulation getakteten Schaltelemente 16, 20 darstellt. Ferner dient der vorstehend beschriebene Stromverlauf als nicht einschränkendes Beispiel für einen Stromverlauf innerhalb des Umrichter 2 und des Elektromotors 4. Es sind auch andere Stromverläufe, die durch die angegebene Verschaltung des Umrichters ermöglicht sind, denkbar.
Speziell und erfindungswesentlich ist die elektrische Verbindungsleitung 18 sowie die darin angeordneten Verbindungsschaltelemente 20, die die kompakte Bauweise und die den oben beschriebenen Stromfluss sowie die Serienschaltung innerhalb des erfindungsgemäßen Umrichters 2 ermöglichen.
In Fig. 3 wird nun der Stromverlauf am Beispiel der Phase U bei einer Parallelschaltung dargestellt und erklärt: Hierbei ist das obere Versorgungsschaltelement 16 der oberen, linken Schalteinheit 10 durchlässig geschaltet und ein elektrischer Strom I fließt hierüber in den Phasenanschluss der Phase U in den Elektromotor 4. Dort fließt der Strom I durch die Spule 6 der Phase U in den Sternpunkt 30a der ersten Hälfte 26 und teilt sich dort auf. Nachdem der Strom I in Teilen durch die Spulen 6 der Phasen W und V und deren Phasenanschlüsse erneut in den Umrichter 2 zurückgeflossen ist, fließen die Stromteile IT jeweils über die unteren Versorgungsschaltelemente 16 sowohl des oberen, mittigen Schalteinheit 10 und der oberen, rechten Schalteinheit 10 auf Masse.
Analog hierzu fließt gleichzeitig jeweils ein elektrischer Teilstrom IT durch die beiden oberen Versorgungsschaltelemente 16 der unteren, mittigen Schalteinheit 10 und der unteren, rechten Schalteinheit 10. Die beiden Teilströme IT fließen anschließend über die Phasenanschlüsse der Phasen W' und V' und durch die Spulen 6 der Phasen W' und V' in den Sternpunkt 30b der zweiten Hälfte 28. Nachdem die beiden Teilströme IT dort zu einem Strom I zusammengeflossen sind, fließt dieser durch die Spule 6 der Phase U' über den Phasenanschluss der Phase U' aus dem Elektromotor 4 heraus und in den Umrichter 2 hinein, um dort durch das untere Versorgungsschaltelement 16 der unteren, linken Schalteinheit 10 auf Masse abzufließen.
Im Grunde entspricht somit die Parallelschaltung einer Verschaltung mittels sechs unabhängigen Halbbrücken.
In Fig. 4 ist eine skizzierte Darstellung eines Zwölf-Phasen-Systems U, V, W, X, Y, Z, U', V', W', C', U', Z' in Sternschaltung mit jeweils getrennten Sternpunkten 30 gezeigt. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Phasen innerhalb des Elektromotors 4 werden jeweils drei Phasen zu einem Stern zusammengeschaltet und die Sternpunkte 30 der somit vier separaten Sternschaltungen sind alle voneinander getrennt. Dies hat sich insbesondere hinsichtlich der Vermeidung von unerwünschten Oberwellen als vorteilhaft erwiesen.
In Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines Schaltbildes des erfindungsgemäßen Umrichters 2 für einen n-Phasen-Elektromotor 4 gezeigt. Zur Vereinfachung ist in Fig. 5 lediglich der Umrichter 2, der Elektromotor 4 und die Sicherungseinheit 24 dargestellt. Gemäß dem Schaltbild in Fig. 5 sind die Schalteinheiten 10 in drei Blöcke, die mit den Großbuchstaben A, B und C versehen sind, unterteilt. Die Schalteinheiten 10 gemäß der Blöcke A und C entsprechen den bereits vorstehend beschriebenen Schalteinheiten 10. Die Schalteinheiten 10 gemäß Block B unterscheiden sich insoweit von den Schalteinheiten 10 der Blöcke A und C, dass sie jeweils zwei Verbindungsschaltelemente 20 aufweisen. Dieser Ausgestaltung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Schalteinheiten 10 gemäß Block B als „Verbindungseinheiten" dienen und somit die Schalteinheiten 10 gemäß Block A und die Schalteinheiten 10 gemäß Block C miteinander verbinden, wenn der Elektromotor mehrere Phasen und insbesondere mehr als die bisher beschriebenen sechs Phasen aufweist. Bei einer Ausführung des Umrichters 2 mit beispielsweise neun Schalteinheiten 10, also den Blöcken A, B und C mit jeweils drei Schalteinheiten 10, kann ein 9- Phasen-Elektromotor betrieben werden. Um weitere mehrphasige Elektromotoren 4 zu betreiben, kann der Block B mehrfach zwischen dem Block A und dem Block C angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend können pro Block mehrere Schalteinheiten 10 (schematisch durch gewellte Linien am jeweiligen rechten Ende der Blöcke A, B, C dargestellt) vorgesehen sein, um mehrere Phasen pro Block abdecken zu können. Durch die in Fig. 5 gezeigte Modularität des erfindungsgemäßen Umrichters 2 kann dieser somit an mehrphasige Elektromotoren 4 angepasst werden.
Fig. 6 zeigt einen skizzierten Verlauf der Spannung U bzw. der Umschaltintervalle von Parallelschaltung zu Serienschaltung und umgekehrt des Umrichters 2 während des Multilevelbetriebs.
Hierbei ist mit dem Bezugszeichen Uschweii der Spannungswert gekennzeichnet, ab dem zwischen der Serienschaltung und der Parallelschaltung umgeschaltet wird. Dies ist ebenfalls grafisch in der Fig. 6 durch senkrechte Striche sowie die geschweiften Klammern über dem jeweiligen Schaltbereich verdeutlicht. Durch die getaktete, reale Spannung Ureai wird eine sinusförmige Sollspannung USoii eingestellt. Da der Multilevelbetrieb von Umrichtern grundsätzlich bekannt ist, wird auf weitere, detailliertere Ausführungen hierzu verzichtet.
In Fig. 7 ist ein alternatives Beispiel des Umrichters 2 gezeigt. Hierbei weist jede Schalteinheit 10 acht Versorgungsschaltelemente 16 und ein lediglich schematisch dargestelltes Verbindungsschaltelement 20 auf. In Fig. 6 ist ein Umrichter 2 zum Betrieb eines Elektromotors 4 mit sechs Phasen (U, V, W, U', V', W') dargestellt. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezuaszeichen liste
2 Umrichter
4 Elektromotor
6 Spule
8 Strang
10 Schalteinheit
12 Schaltmodul
14 Spannungsversorgungseinheit
16 Versorgungsschaltelement
18 elektrische Verbindungsleitung
20 Verbindungsschaltelement
22 Steuereinheit
24 Sicherungseinheit
26 erste Hälfte der Phasen
28 zweite Hälfte der Phasen
30a erster Sternpunkt der ersten Hälfte der Phasen
30b zweiter Sternpunkt der zweiten Hälfte der Phasen
U Phase des Elektromotors
V Phase des Elektromotors
W Phase des Elektromotors
X Phase des Elektromotors
Y Phase des Elektromotors
Z Phase des Elektromotors
U' invertierte Phase des Elektromotors
V' invertierte Phase des Elektromotors
W' invertierte Phase des Elektromotors
X' invertierte Phase des Elektromotors U' invertierte Phase des Elektromotors
Z' invertierte Phase des Elektromotors
I Strom
IT Teilstrom
A erster Block von Schaltelementen
B zweiter Block von Schaltelementen
C dritter Block von Schaltelementen
Uschweii Schwellenspannungswert für Umschaltung Ureai realer Spannungswert
Usoii Sollspannungswert

Claims

ANSPRÜCHE
1. Umrichter (2), der zum Anschluss an einen n-Phasen-Elektromotor (4) ausgebildet ist, wobei:
- n eine ganze Zahl größer oder gleich 6 ist;
- jede Phase (U, V, W, U', V', W') zumindest eine Spule (6) aufweist;
- jeweils mindestens zwei Phasen (U, V, W, U', V', W') zu einem Strang (8) zusammengefasst sind;
- jeweils eine der mindestens zwei Phasen (U, V, W, U', V', W') des Strangs (8) zu der anderen der mindestens zwei Phasen (U, V, W, U', V', W') des Strangs (8) um 180 Grad elektrisch gedreht ist und
- eine erste Hälfte (26) der Phasen (U, V, W, U', V', W') über mindestens einen ersten Sternpunkt (30a) oder eine erste Polygonschaltung und eine zweite Hälfte (28) der Phasen (U, V, W, U', V', W') über mindestens einen zweiten Sternpunkt (30b) oder eine zweite Polygonschaltung verschaltet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Umrichter (2) n Schalteinheiten (10) aufweist, wobei jeweils eine
Schalteinheit (10) einer Phase (U, V, W, U', V', W') zugeordnet ist und jeweils die Schalteinheiten (10) der mindestens zwei Phasen (U, V, W, U',
V', W') eines Strangs (8) ein Schaltmodul (12) ausbilden, wobei
- jede Phase (U, V, W, U', V', W') eines Strangs (8) mit jeweils einer der beiden Schalteinheiten (10) des zugeordneten Schaltmoduls (12) direkt verbunden ist;
- jede Schalteinheit (10) mit einer Spannungsversorgungseinheit (14) verbunden ist, wobei jede Schalteinheit (10) zwei Versorgungsschaltelemente (16) aufweist, zum Beaufschlagen der verbundenen Phase (U, V, W, U', V', W') mit einer Versorgungsspannung;
- die Schalteinheiten (10) eines Schaltmoduls (12) über eine elektrische Verbindungsleitung (18) miteinander verbunden sind, wobei in den Schalteinheiten (10) eines Schaltmoduls (12) jeweils ein Verbindungsschaltelement (20) in der elektrischen Verbindungsleitung (18) angeordnet ist, sodass in Abhängigkeit zumindest eines Betriebsparameters des Elektromotors (4) und/oder zur Einstellung eines Betriebsmodus des Elektromotors (4) die jeweils mindestens zwei Phasen (U, V, W, U', V', W') des Strangs (8) parallel oder in Serie zueinander geschaltet sind.
2. Umrichter (2) nach Anspruch 1 dad u rch geken nzeich net, dass der zumindest eine Betriebsparameter eine Betriebsart, insbesondere ein Betrieb im Feldschwächbereich oder im Grundstellbereich, und/oder ein aktuelles Spannungsniveau der Versorgungsspannung und/oder ein Ausfall eines oder mehrerer Betriebselemente (16, 20) ist.
3. Umrichter (2) nach Anspruch 2, geken nzei ch net durch eine Steuereinheit (22) zur Ansteuerung der Versorgungsschaltelemente (16) und der Verbindungsschaltelemente (20), wobei die Steuereinheit (22) derart eingerichtet ist, in Abhängigkeit des zumindest einen Betriebsparameters des Elektromotors (4) oder zur Einstellung des Betriebsmodus des Elektromotors (4) die jeweils mindestens zwei Phasen (U, V, W, U', V', W') des Strangs (8) parallel oder in Serie zueinander zu schalten.
4. Umrichter (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dad u rch geken nzeich net, dass der Betriebsmodus ein Betrieb des Elektromotors (4) zu einer Drehmomentsteigerung oder ein Multilevelbetrieb ist.
5. Umrichter (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dad u rch geken nzeich net, dass mindestens die Hälfte der Phasen (U, V, W, U', V', W') über einen gemeinsamen Sternpunkt (30a, 30b) oder eine Polygonschaltung verschaltet sind.
6. Umrichter (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dad u rch geken nzeich net, dass bei Sternschaltung der mindestens eine erste Sternpunkt (30a) der ersten Hälfte (26) der Phasen (U, V, W, U', V', W') und der mindestens eine zweite Sternpunkt (30b) der zweiten Hälfte (28) der Phasen (U, V, W, U', V', W') getrennt sind.
7. Umrichter (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, geken nzeich net d u rch, eine Sicherungseinheit (24), die zwischen dem Umrichter (2) und dem Elektromotor (4) angeordnet ist.
8. Umrichter (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dad u rch geken nzeich net, dass die Schalteinheiten (10) die erste Hälfte (26) der Phasen (U, V, W, U', V', W') und die Schalteinheiten (10) der zweiten Hälfte (28) der Phasen (U,
V, W, U', V', W') jeweils an unterschiedliche Spannungsversorgungseinheiten (14) angeschlossen sind.
9. Umrichter (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dad u rch geken nzeich net, dass die Schalteinheiten (10) in einer gemeinsamen Baueinheit angeordnet, insbesondere integriert sind.
10. Verfahren zum Betrieb eines Umrichters (2), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, der an einen n-Phasen-Elektromotor (4) angeschlossen ist, wobei
- n eine ganze Zahl größer oder gleich 6 ist;
- jede Phase (U, V, W, U', V', W') zumindest eine Spule (6) aufweist;
- jeweils mindestens zwei Phasen (U, V, W, U', V', W') zu einem Strang (8) zusammengefasst sind;
- jeweils eine der mindestens zwei Phasen (U, V, W, U', V', W') des Strangs (8) zu der anderen Phase (U, V, W, U', V', W') des Strangs (8) um 180 Grad elektrisch gedreht ist und
- eine erste Hälfte (26) der Phasen (U, V, W, U', V', W') über mindestens einen ersten Sternpunkt (30a) oder eine erste Polygonschaltung und eine zweite Hälfte (28) der Phasen (U, V, W, U', V', W') über mindestens einen zweiten Sternpunkt (30b) oder eine zweite Polygonschaltung verschaltet sind, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte: - Erfassen von zumindest einem Betriebsparameter des n-Phasen- Elektromotors (4) und/oder Erfassen eines einzustellenden Betriebsmodus;
- Schalten der jeweils mindestens zwei Phasen (U, V, W, U', V', W') des Strangs (8) in Abhängigkeit des erfassten Betriebsparameters bzw. des einzustellenden Betriebsmodus parallel oder in Serie zueinander.
EP22711504.5A 2021-02-25 2022-02-21 Umrichter sowie verfahren zum betrieb eines umrichters Pending EP4298723A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021104567.3A DE102021104567A1 (de) 2021-02-25 2021-02-25 Umrichter sowie Verfahren zum Betrieb eines Umrichters
PCT/EP2022/054239 WO2022179980A1 (de) 2021-02-25 2022-02-21 Umrichter sowie verfahren zum betrieb eines umrichters

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4298723A1 true EP4298723A1 (de) 2024-01-03

Family

ID=80913131

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22711504.5A Pending EP4298723A1 (de) 2021-02-25 2022-02-21 Umrichter sowie verfahren zum betrieb eines umrichters

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240154558A1 (de)
EP (1) EP4298723A1 (de)
JP (1) JP2024507385A (de)
CN (1) CN116941178A (de)
DE (1) DE102021104567A1 (de)
WO (1) WO2022179980A1 (de)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19928106C1 (de) * 1999-06-19 2000-11-16 Daimler Chrysler Ag Elektrisches Generator/Motor-System
US20090033253A1 (en) * 2007-07-30 2009-02-05 Gm Global Technology Operations, Inc. Electric traction system for a vehicle having a dual winding ac traction motor
US20120206076A1 (en) 2009-10-28 2012-08-16 Shouichi Tanaka Motor-driving apparatus for variable-speed motor
JP5688689B2 (ja) * 2012-08-27 2015-03-25 株式会社デンソー 電動機駆動装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置
JP2015164385A (ja) 2013-11-18 2015-09-10 田中　正一 可変速電気機械
DE102014222163A1 (de) * 2014-07-25 2016-01-28 Robert Bosch Gmbh Elektrische Maschine zur Energieversorgung eines Kraftfahrzeugbordnetzes
WO2017081900A1 (ja) 2015-11-12 2017-05-18 田中　正一 巻数切替式電気機械
JP6845818B2 (ja) * 2018-02-09 2021-03-24 株式会社Ｓｏｋｅｎ 回転電機の駆動装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021104567A1 (de) 2022-09-08
JP2024507385A (ja) 2024-02-19
CN116941178A (zh) 2023-10-24
WO2022179980A1 (de) 2022-09-01
US20240154558A1 (en) 2024-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112008001796B4 (de) Wechselrichtersystem und Steuerverfahren
WO2008065067A1 (de) Elektronisches antriebssystem für ein aggregat eines fahrzeugs
DE102014209653A1 (de) Ansteuervorrichtung, Elektromaschine und Verfahren
WO2013107567A2 (de) Kraftfahrzeug, batterie und verfahren zum steuern einer batterie
EP2730021A2 (de) Verfahren zur ansteuerung einer mehrphasigen maschine
EP0935336B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Synchronmotors
EP2659582B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer fremd- oder hybriderregten elektrischen maschine
WO2011057902A2 (de) Leistungsschalteranordnung für einen wechselrichter
EP2928060A1 (de) Modulare Stromrichterschaltung mit Submodulen, die unterschiedliches Schaltvermögen aufweisen
DE10234594B4 (de) Generator/Motor-System und Verfahren zum Betreiben dieses Generator/Motor-Systems
WO2018060337A1 (de) Schaltungsanordnung und elektrische maschine
WO2015000669A1 (de) Vermeidung von bremsmomenten bei permanenterregten synchronmaschinen
EP4298723A1 (de) Umrichter sowie verfahren zum betrieb eines umrichters
WO2021032872A1 (de) Ölpumpe mit windungsanzahlumschaltung
EP3386097B1 (de) Schaltung zum selektiven versorgen von motoren mit energie
DE102017130869A1 (de) Elektrisches Getriebe und Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors
DE102014209652A1 (de) Elektromaschinenvorrichtung, Fahrzeug und Verfahren
WO2021032868A1 (de) Geschaltete reluktanzmaschine mit windungsanzahlumschaltung
EP4062526B1 (de) Ansteuern dreiphasiger induktiver lasten im teillastbetrieb mit verminderten inverter-schaltverlusten
WO2021032870A1 (de) Traktionsmotor mit windungsanzahlumschaltung
DE102017216388B4 (de) Traktionsnetz eines Kraftfahrzeuges
DE112016005027T5 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer elektrischen Rotationsmaschine eines Kraftfahrzeugs und zugehörige Maschine
DE102022207600A1 (de) Maschinensystem und Verfahren zum Betreiben des Maschinensystems
DE102021209710A1 (de) System aus Gleichstromquelle, Elektromotor und zugehöriger Ansteueranordnung
DE102012001224A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern einer elektrischen Drehfeldmaschine

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: 20230921

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)