WO2015086416A1 - Direktumrichter mit blindleistungsreduktion unter einsatz von nullspannungskomponenten - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a cycloconverter
- the direct converter has a number of first converter groups
- the first converter groups each have a number of line-commutated first power converters
- first power converters are each formed at least as bipolar B6 groups and are connected to a first winding group of a three-phase machine
- the direct converter has a common control device controlling the first converter groups
- control device accepts a setpoint drive and determined based on the setpoint drive for the first power converter respective first commutation signals and transmitted to the first power converter.
- Direct drives are well known. They convert an input-side multiphase AC voltage directly into an output-side multiphase AC voltage.
- Phases of the input side and the output side AC voltage may be the same or different from each other. At least, however, there are three phases each. This embodiment also represents the rule that is far more prevalent in practice.
- Mains-controlled converters have a high reactive power requirement and a high current. This leads to correspondingly high network repercussions and, correspondingly, to increased losses in energy transmission. Although this is not only true, but also applies to direct converters that are constructed with line-commutated power converters.
- the reactive power demand is particularly high in the following operating states:
- the reactive power demand is usually compensated by means of compensation systems.
- the compensation systems result in increased costs and increased costs.
- the object of the present invention is to provide possibilities by means of which the reactive power requirement of a cyclo-converter can be reduced without having to accept the above-mentioned disadvantages of the prior art.
- a direct converter of the type mentioned in the introduction is configured in that the control device determines, at least for some setpoint drives, statically or dynamically a first zero voltage component based on an optimization criterion, and the first commutation signals determined taking into account the first zero voltage component.
- the control device determines the first zero-voltage component such that within the first converter group having the common first star point, that first power converter in which the magnitude of the current delivered to the three-phase machine is greatest is as close as possible to the rectifier limit is operated.
- the term "rectifier limit" is a fixed term with clear meaning for a specialist in the field of converters and power converters and therefore does not need to be explained in more detail.
- the control device determines the first zero voltage component in such a way that within the first converter group having the common first neutral point that first power converter in which the current delivered to the three-phase machine and / or the voltage applied to the three-phase machine is the most positive , is operated as close to the rectifier limit.
- the control device determines the first zero voltage component in such a way that within the first converter group having the common first star point the first power converter in which the current delivered to the three-phase machine and / or the voltage applied to the three-phase machine is the most negative, is operated as close to the rectifier limit.
- the first converter group- is required.
- the cycloconverter according to the invention can additionally be configured by
- That the second converter groups each have a number of network-controlled second power converters
- the second power converters are each formed at least as a bipolar B6 group and are connected to a winding group of the three-phase machine
- control device determined based on the target drive for the second converter respective second commutation signals and transmitted to the second power converter
- the winding group of the three-phase machine to which the second power converters are connected may be identical to the first winding group.
- the winding group of the three-phase machine to which the second power converters are connected is a second winding group of the three-phase machine different from the first winding group.
- the number of phases of the second winding group corresponds to the number of phases of the first winding group.
- an embodiment of the cyclo-converter is possible in particular because the control device
- the first zero voltage component is determined such that, within the first converter group having the common first star point, the first power converter in which the current delivered to the three-phase machine and / or the voltage applied to the three-phase machine is most positive is operated as close as possible to the rectifier limit, and
- the control device determines the first zero voltage component such that a ripple of a reactive power consumption of the direct converter from a three-phase network supplying the direct converter is minimized or assumes a predetermined value.
- This embodiment can be implemented as an alternative or in addition to the embodiments already mentioned above.
- the optimization criterion can be determined as needed. For example, it may be determined such that network harmonics are reduced, reactive power is reduced, and / or flicker is reduced.
- the optimization criterion of the control device is fixed.
- the control device accepts the optimization criterion from the outside.
- the control device is designed as a programmable device.
- the object is therefore further achieved according to claim 11 by a control program for a programmable controller of a direct converter according to the invention, wherein the control program comprises machine code, wherein the execution of the machine code causes the cycloconverter is designed according to the invention.
- the control program can be stored on a data medium-for example a USB memory stick, an SD memory card or an internal memory of the control device-in machine-readable form.
- programmable device may be understood to mean a processor-controlled device whose processor executes the control program sequentially.
- the term “programmable device” is not limited to this embodiment. It also comprises a device which, in addition to a processor or alternatively to a processor, more comprises programmable logic devices such as, for example, FPGAs, PLAs and the like.
- control program is to be understood not only in terms of a sequentially processed program, but rather the term “control program” may comprise, in addition to or as an alternative to a sequentially executable program code, corresponding codes for programmable logic devices.
- FIG 1 to 3 different possible embodiments of a
- FIGS. 7 and 8 are flowcharts.
- a three-phase machine 1 has a first winding group 2.
- the first winding group 2 has - according to the number of phases of the three-phase machine 1 - a number of first windings 3.
- the three-phase machine 1 is formed in three phases.
- three first windings 3 are present.
- the first windings 3 of the first winding group 2 are interconnected according to FIG. 1 in a star connection. So they have a common first star point 15.
- the first windings 3 could be interconnected in a delta connection.
- the three-phase machine 1 is connected via a direct converter 4 to a three-phase network 5.
- the three-phase machine 1 acts by motor. In principle, however, a reverse flow of energy from the three-phase machine 1 in the three-phase network 5 is possible. In this case, the three-phase machine 1 acts as a generator.
- the direct converter 4 has a single converter group 6, hereinafter referred to as the first converter group 6.
- the first converter group 6 has a number of first power converters 7.
- the number of first power converters 7 corresponds to the number of phases of the first winding group 2.
- Each first power converter 7 is formed at least as a bipolar B6 group.
- the term "bipolar B6 group" will be explained in more detail later in conjunction with Figures 4 to 6.
- Each of the first power converters 7 of the first converter group 6 is one of the first according to FIG.
- the first power converters 7 are network-guided.
- network-guided has a clearly defined meaning for the person skilled in the art: it means that switching valves of the respective power converter 7 (not shown in FIG. 1) can be actively ignited, but can not be actively extinguished, instead being erased automatically at zero crossing This is in contrast to power converters, which can not only be ignited but also actively extinguished, examples of which are GTOs and IGBTs.
- the direct converter 4 also has a control device 10.
- the control device 10 controls the first power converters 7 of the first converter group 6 together.
- the control device 10 may be constructed in hardware. Often, however, the control device 10 is designed as a programmable control device. If the control device 10 is designed as a programmable control device, the control device 10 is programmed with a control program 11.
- the control program 11 includes machine code 12.
- Execution of the machine code 12 causes and determines the operation of the cyclo-converter 4.
- the control program 11 is stored at least within the control device 10 on a data carrier 13. It may additionally be stored outside the control device 10 on a (further) data carrier 14.
- the operation and operation of the controller 10 will be explained later in connection with FIG. 7.
- the embodiment according to FIG. 2 is based on the embodiment of FIG. The essential difference is that, in the embodiment according to FIG. 2, the three-phase machine 1 has, in addition to the first winding group 2, a second winding group 16 having second windings 17. The number of second windings 17 is equal to the number of first windings 3.
- the second windings 17 of the second winding group 16 are connected to one another in the same way as the first windings 3 of the first winding group 2.
- the second winding group 16 can be used relative to the first winding group 2 have a phase angle cpl of 0 °, + 30 °, -30 ° or 180 °.
- the direct converter 4 furthermore has a second converter group 18 in addition to the first converter group 6.
- the second converter group 18 has a number of second power converters 19.
- the second power converters 19 are network-guided analogously to the first power converters 7.
- the number of second power converters 19 corresponds to the number of phases of the second winding group 16.
- Each second power converter 19 is analogous to the first
- Power converters 7 - designed at least as a bipolar B6 group.
- Each of the second power converters 19 of the second converter group 18 is connected to one of the second windings 17 of the second winding group 16, as shown in FIG. Furthermore, the second power converters 19 have a common second star point 20.
- the second power converters 19 are - analogous to the first power converters 7 - connected via their own three-phase transformer 21 to the three-phase network 5.
- the three-phase transformers 21 have, in the embodiment according to FIG. 2, a mutually identical phase position. Their phase position can be equal to the phase position of the three-phase transformers 9. Alternatively, the phase position of the three-phase transformers 21 can deviate from the phase position of the three-phase transformers 9. In particular, a phase offset ⁇ 2 of 30 ° can exist electrically.
- FIG 3 is based on the embodiment of FIG. The main difference is that in the embodiment according to FIG. 2, the first winding group 2 is operated in the form of a so-called open circuit. It is therefore also in the embodiment of FIG 3, the first converter group 6 and the second converter group 18 with their respective power converters 7, 19 present.
- Each first winding 3 of the first winding group 2 has two ends. One of the ends of each first winding 3 is connected to one of the first power converters 7 or one of the second power converters 19.
- the converter groups 6, 18 of the embodiment according to FIG. 3 are constructed identically to one another. Their respective construction corresponds to that of the first converter group 6 explained above in connection with FIG. 1.
- the three-phase transformers 9 have the same phase position within the respective first converter group 6. Between the first converter group 6 and the second converter group 18, alternatively, the same phase position or a phase offset ⁇ 2 of 30 ° may exist.
- FIG. 3 can in principle also be realized in a three-phase machine 1, which has a second winding group 16 in addition to the first winding group 2.
- the arrangement shown in FIG. 3 would have to be doubled at first and second converter groups 6, 18.
- the essential difference between the embodiments according to FIG. 2 and FIG. 3 therefore lies in the fact that, in the embodiment according to FIG. 2, the winding group 16 of the three-phase machine 1, to which the second power converters 19 are connected, has a further one different from the first winding group 2 Winding group 16 of the three-phase machine 1 is.
- the winding group 2 of the three-phase machine 1, to which the second power converters 19 are connected is identical to the first winding group 2.
- the number of phases of the second winding group 16 corresponds to the number of phases of the first winding group 2.
- the power converter 7, 19 is designed as a bipolar B6 group 22.
- the bipolar B6 group 22 has two unipolar re B6 groups 23, which are connected via the respective transformer 9, 21 with the (at least three-phase) three-phase network 5.
- Each of the two unipolar B6 groups 23 has two thyristors 24 per phase of the three-phase network 5.
- Each of the two unipolar B6 groups 23 can be in the
- Rectifier operation that is to say in the removal of energy from the three-phase network 5 via one of the two unipolar B6 groups 23 with simultaneous inactivity of the other unipolar B6 group 23, a rectification of the voltage of the three-phase network 5 with 6pulsiger network feedback effect.
- the two unipolar B6 groups 23 are connected in anti-parallel to each other and together form the bipolar B6 group 22.
- the structure of FIG. 4 is well known to those skilled in the art.
- FIG 5 shows a possible alternative construction of a power converter 7, 19, which is designed as a bipolar B6 group 22.
- the operation of the power converter 7, 19 of FIG 5 is functionally completely equivalent to the bipolar B6 group 22 of FIG 4.
- the bipolar B6 group 22 per phase of the three-phase network 5 each have two switching elements 25.
- Each switching element 25 consists of two antiparallel arranged thyristors 23.
- the structure of FIG 5 is well known to those skilled in the art.
- the design of the power converters 7, 19 as bipolar B6 groups 22 represents a minimum configuration.
- the power converters 7, 19 may have a plurality of bipolar B6 groups 22 of this type, with the bipolar B6 groups 22 of the respective power converter 7, 19 connected in series are.
- 6 shows purely by way of example a series connection of two bipolar B6 groups 22. Analogous configurations are also possible with a series connection of more than two bipolar B6 groups 22, for example with a series connection of three or four bipolar B6 groups 22.
- the bipolar B6 groups 22 are each connected to the three-phase network 5 via their own three-phase transformer 9, 21.
- the three-phase transformers 9, 21 may have the same phase position.
- three-phase transformers 9, 21 may have a phase offset ⁇ 3 of, for example, 30 ° electrical in the case of two bipolar B6 groups 22, or generally a phase offset ⁇ 3 of 60 ° / n, where n is the number of B6 bipolar groups 22 connected in series of the respective power converter 7, 19.
- phase offset ⁇ 3 of, for example, 30 ° electrical in the case of two bipolar B6 groups 22, or generally a phase offset ⁇ 3 of 60 ° / n, where n is the number of B6 bipolar groups 22 connected in series of the respective power converter 7, 19.
- Such embodiments are known to those skilled in the art, depending on the number of bipolar B6 groups 22, as 12-pulse, 18-pulse, 24-pulse and so on.
- control device 10 The operation of the control device 10 and thus also the operation of the cyclo-converter 4 will be explained below in conjunction with FIG. 7 and later also FIG. 8.
- the operation of the control device 10 explained in conjunction with FIG. 7 applies to an embodiment of the cycloconverter 4 according to FIG. 1.
- the explanations regarding FIG. 8 apply to the embodiments of the cycloconverter according to FIGS. 2 and 3.
- FIGS. 7 and 8 apply regardless of whether the power converters 7, 19 according to FIG 4, according to FIG 5 or FIG 6 are formed.
- the control device 10 accepts a setpoint control S * in a step S1.
- the control device 10 uses the setpoint control S * to determine respective first commutation signals Kl for the first power converter 7.
- the controller 10 takes into account in determining the first Kommutêts- signals Kl the first zero-voltage component Nl.
- Step S3 detected first commutation signals Kl transmits the controller 10 in a step S4 (timely correct) to the first power converter. 7
- the first zero-voltage component N1 can relate to an (actual) first neutral point 15 of the first winding group 2.
- the first zero-voltage component N 1 can be related to a virtual first neutral point of the first winding group 2.
- the first zero-voltage component N1 can in this case be determined, for example, by averaging the voltages present at the corners of the delta connection between the first windings 3 of the first winding group 2.
- the first zero voltage component N1 can be determined by the mean value of the voltages U, which switch the first power converters 7 to the first windings 3 of the first winding group 2.
- the manner in which the controller 10 determines the first zero voltage component N1 may be determined as needed.
- the control device 10 determines the first zero-voltage component N1 such that one of the first power converter 7 is operated as close as possible to the rectifier limit within the first converter group 6 having the common first star point 8.
- the first power converter 7 which is operated as close as possible to the rectifier limit can alternatively either the first power converter 7, in which the amount of the current I output to the three-phase machine 1 is greatest,
- control device 10 can determine the first zero-voltage component N1 in such a way that a ripple of a reactive power consumption of the cyclo-converter 4 from the
- 3-phase network 5 is minimized or assumes a predetermined value.
- This optimization can be used alternatively or in addition to the above criteria. It is also possible to determine the optimization criterion OK as needed.
- the optimization criterion OK may be determined such that network harmonics are reduced, that reactive power is reduced, and / or that
- Flicker is reduced.
- a (weighted or unweighted) averaging can take place.
- step S6 the control device 10 uses the setpoint control S * to determine the respective second commutation signals K2 for the second power converters 19.
- the second commutation signals K2 determined in step S6 are transmitted to the second power converters 19 in step S7 (with correct timing).
- a step S8 is preferably still present. If step S8 exists, it precedes step S6.
- step S8 the control device 10 determines for those Sollansteue- ments S *, where it determines the first zero voltage component Nl, based on the optimization criterion OK, a second zero-voltage component N2.
- the second zero-voltage component N2 is determined in an analogous manner as the first zero-voltage component N1. In this case, the control device 10 takes into account the second zero voltage component N2 when determining the second commutation signals K2.
- the second zero voltage component N2 can also be determined by the control device 10 as required.
- the control device 10 determines the second zero voltage component N2 such that within the second converter group 18 having the common second neutral point 20, one of the second power converters 19 is operated as close as possible to the rectifier limit.
- This second power converter 19 can - analogously to the first inverter group 6 - alternatively
- the optimization can be carried out such that a ripple of a reactive power consumption of the direct converter 4 from the three-phase network 5 min. or assumes a predetermined value.
- This optimization can be used as before alternatively or in addition to the criteria mentioned above.
- the first and the second zero-voltage components N1, N2 can be determined independently of one another by the control device 10. However, the control device 10 often determines the second zero-voltage component N2 as a function of the first zero-sequence voltage component N1.
- control device 10 coordinates the determination of the first zero voltage component N1 and the determination of the second zero voltage component N2 as follows:
- the first zero voltage component N1 is determined in such a way that within the first converter group 6 having the common first star point 8 that first power converter 7, in which the current I output to the three-phase machine 1 and / or the voltage U applied to the three-phase machine 1 is most positive, is operated as close as possible to the rectifier limit.
- the second zero voltage component N2 is determined in such a way that, within the second converter group 18 having the common second neutral point 20, that second power converter 19 in which the current I delivered to the three-phase machine 1 and / or the voltage U applied to the three-phase machine 1 is the most negative , is operated as close to the rectifier limit.
- the optimization criterion OK of the control device 10 is fixed.
- the optimization criterion OK is as shown in FIG 1 to 3 of the control device 10 specified from the outside, for example, by an operator, not shown.
- the present invention thus relates to the following facts:
- a direct converter 4 has a number of first converter groups 6, which in turn each have a number of line-commutated first power converters 7.
- the first power converters 7 are each formed at least as bipolar B6 groups and connected to a first winding group 2 of a three-phase machine 1.
- the number of first power converters 7 per first converter group 6 corresponds to the number of phases of the first winding group 2.
- the first power converters 7 of at least one of the first converter groups 6 have a common first star point 8.
- the direct converter 4 has a common control device 10 controlling the first converter groups 6.
- the control device 10 accepts a setpoint control S * and uses the setpoint control S * for the first power converters 7 to determine respective first commutation signals K1.
- the control device 10 statically or dynamically determines a first zero-sequence voltage component N1 for some setpoint drives S * based on an optimization criterion OK considered in the determination of the first commutation signals Kl.
- the first commutation signals Kl are transmitted to the first power converters 7 by the control device 10.
- the present invention has many advantages.
- the procedure according to the invention the
- Reactive power demand can be significantly reduced. In extreme cases, a reduction of up to 75% can be achieved. Depending on the operating point of the three-phase machine 1 and the topology of the cyclo-converter 4, it is still possible to reduce network harmonics by up to 75%. Nevertheless, the usual advantages of the cyclo-converter 4 can be maintained.
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Abstract
Ein Direktumrichter (4) weist eine Anzahl an ersten Umrichtergruppen (6) auf, die ihrerseits jeweils eine Anzahl an netzgeführten ersten Stromrichtern (7) aufweisen. Die ersten Stromrichter (7) sind jeweils mindestens als bipolare B6-Gruppen ausgebildet und mit einer ersten Wicklungsgruppe (2) einer Drehstrommaschine (1) verbunden. Die Anzahl an ersten Stromrichtern (7) pro erster Umrichtergruppe (6) entspricht der Anzahl an Phasen der ersten Wicklungsgruppe (2). Die ersten Stromrichter (7) mindestens einer der ersten Umrichtergruppen (6) weisen einen gemeinsamen ersten Sternpunkt (8) auf. Der Direktumrichter (4) weist eine die ersten Umrichtergruppen (6) steuernde gemeinsame Steuereinrichtung (10) auf. Die Steuereinrichtung (10) nimmt eine Sollansteuerung (S*) entgegen und ermittelt anhand der Sollansteuerung (S*) für die ersten Stromrichter (7) jeweilige erste Kommutierungssignale (K1). Die Steuereinrichtung (10) ermittelt zumindest für manche Sollansteuerungen (S*) anhand eines Optimierungskriteriums (OK) statisch oder dynamisch eine erste Nullspannungskomponente (N1), die sie bei der Ermittlung der ersten Kommutierungssignale (K1) berücksichtigt. Die ersten Kommutierungssignale (K1) übermittelt die Steuereinrichtung (10) an die ersten Stromrichter (7).
Description
Beschreibung
Direktumrichter mit Blindleistungsreduktion unter Einsatz von Nul1spannungskomponenten
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Direktumrichter,
- wobei der Direktumrichter eine Anzahl an ersten Umrichtergruppen aufweist,
- wobei die ersten Umrichtergruppen jeweils eine Anzahl an netzgeführten ersten Stromrichtern aufweisen,
- wobei die ersten Stromrichter jeweils mindestens als bipolare B6 -Gruppen ausgebildet sind und mit einer ersten Wicklungsgruppe einer Drehstrommaschine verbunden sind,
- wobei die Anzahl an ersten Stromrichtern pro erster Umrich- tergruppe der Anzahl an Phasen der ersten Wicklungsgruppe entspricht ,
- wobei die ersten Stromrichter mindestens einer der ersten Umrichtergruppen einen gemeinsamen ersten Sternpunkt aufweisen,
- wobei der Direktumrichter eine die ersten Umrichtergruppen steuernde gemeinsame Steuereinrichtung aufweist,
- wobei die Steuereinrichtung eine Sollansteuerung entgegennimmt und anhand der Sollansteuerung für die ersten Stromrichter jeweilige erste Kommutierungssignale ermittelt und an die ersten Stromrichter übermittelt.
Direktumrichter sind allgemein bekannt. Sie setzen eine ein- gangsseitige mehrphasige WechselSpannung direkt in eine aus- gangsseitige mehrphasige WechselSpannung um. Rein beispiel- haft wird auf die DE 44 39 760 AI erwiesen. Die Anzahl an
Phasen der eingangsseitigen und der ausgangsseitigen Wechselspannung können gleich oder voneinander verschieden sein. Mindestens sind jedoch jeweils drei Phasen vorhanden. Diese Ausgestaltung stellt auch den in der Praxis weit überwiegen- den Regelfall dar.
Netzgeführte Stromrichter weisen bei einem kleinen Aussteuergrad prinzipbedingt einen hohen Blindleistungsbedarf und ei-
nen hohen Strom auf. Dies führt zu entsprechend hohen Netz- rückwirkungen und hiermit korrespondierend zu erhöhten Verlusten bei der Energieübertragung. Dies trifft zwar nicht nur, wohl aber auch für Direktumrichter zu, die mit netzge- führten Stromrichtern aufgebaut sind. Beispielsweise ist der Blindleistungsbedarf bei folgenden Betriebszuständen besonders hoch:
- beim Anfahren von Erzmühlen unter voller Last,
- beim Tippbetrieb und beim Positionieren von Erzmühlen unter Last ,
- beim Kürzen von Seilen bei Fördermaschinen,
- beim Beschleunigen der Last bei Fördermaschinen,
- beim Leerfahren von Bandanlagen mit reduzierter Geschwin- digkeit im Falle des Ausfalls eines von mehreren Antrieben,
- bei Gerüstantrieben in Walzwerken wie beispielsweise Kaltwalzwerken,
- bei Haspelantrieben in Walzwerken, insbesondere in dem Falle, dass bei großem Wickeldurchmesser im Stillstand ein ho- her Zug aufgebracht werden soll.
Bei Gleichstromantrieben ist bekannt, den Antrieb mit einer Umrichtergruppe zu betreiben, die zwei in Reihe geschaltete netzgeführte Stromrichter aufweist. Zur Reduktion des Blind- leistungsbedarfs werden die beiden Stromrichter in Zu- und
Gegen-Aussteuerung betrieben. Je nach Auslegung und Arbeitspunkt kann dadurch der Blindleistungsbedarf deutlich - im Extremfall um bis zu 50% - reduziert werden. Bei den heute üblichen Steuerverfahren für Stromrichter werden die Zündbefehle für die einzelnen Thyristoren des betreffenden Stromrichters von einem jeweiligen Steuersatz generiert, der dem jeweiligen Stromrichter zugeordnet ist. Die Vorgabe der Zündbefehle durch den jeweiligen Steuersatz be- wirkt eine ordnungsgemäße Kommutierung innerhalb der Thyristoren des jeweiligen Stromrichters. Mit derartigen Steuerverfahren wird die Zu- und Gegen-Aussteuerung nur für Direktum-
richter mit 12pulsiger Reihenschaltung in kreisstromführender Schaltung mit Saugdrosseln beherrscht.
Den Vorteilen einer Blindleistungsreduktion durch Zu- und Ge- gen-Aussteuerung mit den heute üblichen Steuerverfahren für netzgeführte Stromrichter stehen sich dadurch ergebende Nachteile gegenüber. So treten beispielsweise erhöhte Netzharmonische auf. Weiterhin ergeben sich zusätzliche Nichtlineari - täten im Stromrichter aufgrund des vom Aussteuergrad abhängi- gen Wechsels zwischen 12pulsiger und 6pulsiger Netzrückwirkung. Weiterhin ist ein erhöhter Aufwand zur Vermeidung oder zur Beherrschung von Sättigungseffekten in den Saugdrosseln erforderlich. Aufgrund dieser Nachteile wird die Zu- und Ge- gen-Aussteuerung zur Reduktion der Blindleistungsaufnahme in der Praxis kaum beherrscht und auch kaum eingesetzt.
Im Stand der Technik wird der Blindleistungsbedarf in der Regel mittels Kompensationsanlagen kompensiert. Durch die Kompensationsanlagen entstehen jedoch ein erhöhter Aufwand und erhöhte Kosten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer der Blindleistungsbedarf eines Direktumrichters reduziert werden kann, ohne die oben genannten Nachteile des Standes der Technik in Kauf nehmen zu müssen.
Die Aufgabe wird durch einen Direktumrichter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Direktumrichters sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 10.
Erfindungsgemäß wird ein Direktumrichter der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet, dass die Steuereinrichtung zu- mindest für manche Sollansteuerungen anhand eines Optimierungskriteriums statisch oder dynamisch eine erste Nullspannungskomponente ermittelt und die ersten Kommutierungssignale
unter Berücksichtigung der ersten Nullspannungskomponente ermittelt .
Zur Implementierung des erfindungsgemäßen Prinzips sind ver- schiedene Ausgestaltungen möglich. So ist es beispielsweise möglich, dass die Steuereinrichtung die erste NullSpannungs- komponente derart ermittelt, dass innerhalb der den gemeinsamen ersten Sternpunkt aufweisenden ersten Umrichtergruppe derjenige erste Stromrichter, bei dem der Betrag des an die Drehstrommaschine abgegebenen Stromes am größten ist, möglichst nahe an der Gleichrichtergrenze betrieben wird. Der Begriff „Gleichrichtergrenze" ist für einen Fachmann auf dem Gebiet von Umrichtern und Stromrichtern ein feststehender Begriff mit klarer Bedeutung und muss daher nicht näher erläu- tert werden.
Alternativ ist es möglich, dass die Steuereinrichtung die erste Nullspannungskomponente derart ermittelt, dass innerhalb der den gemeinsamen ersten Sternpunkt aufweisenden ers- ten Umrichtergruppe derjenige erste Stromrichter, bei dem der an die Drehstrommaschine abgegebene Strom und/oder die an die Drehstrommaschine angelegte Spannung am positivsten sind, möglichst nahe an der Gleichrichtergrenze betrieben wird. Wiederum alternativ ist es möglich, dass die Steuereinrichtung die erste Nullspannungskomponente derart ermittelt, dass innerhalb der den gemeinsamen ersten Sternpunkt aufweisenden ersten Umrichtergruppe derjenige erste Stromrichter, bei dem der an die Drehstrommaschine abgegebene Strom und/oder die an die Drehstrommaschine angelegte Spannung am negativsten sind, möglichst nahe an der Gleichrichtergrenze betrieben wird.
Um die obenstehend genannten möglichen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Prinzips zu realisieren, ist nur eine ein- zige Umrichtergruppe - bisher und auch nachfolgend als erste Umrichtergruppe bezeichnet - erforderlich. Es existieren jedoch auch Direktumrichter, die mehr als eine Umrichtergruppe aufweisen, also zusätzlich zur ersten Umrichtergruppe zumin-
dest eine zweite Umrichtergruppe. In diesem Fall kann der erfindungsgemäße Direktumrichter zusätzlich dadurch ausgestaltet sein,
- dass der Direktumrichter eine Anzahl an zweiten Umrichter- gruppen aufweist,
- dass die zweiten Umrichtergruppen jeweils eine Anzahl an netzgeführten zweiten Stromrichtern aufweisen,
- dass die zweiten Stromrichter jeweils mindestens als bipolare B6 -Gruppe ausgebildet sind und mit einer Wicklungs- gruppe der Drehstrommaschine verbunden sind,
- dass die Anzahl an zweiten Stromrichtern pro zweiter Umrichtergruppe der Anzahl an Phasen der ersten Wicklungsgruppe entspricht,
- dass die zweiten Stromrichter mindestens einer der zweiten Umrichtergruppen einen gemeinsamen zweiten Sternpunkt aufweisen,
- dass die Steuereinrichtung anhand der Sollansteuerung auch für die zweiten Stromrichter jeweilige zweite Kommutierungssignale ermittelt und an die zweiten Stromrichter übermittelt und
- dass die Steuereinrichtung für diejenigen Sollansteuerungen, bei denen sie die erste Nullspannungskomponente ermittelt, anhand des Optimierungskriteriums statisch oder dynamisch auch eine zweite Nullspannungskomponente ermittelt und die zweiten Kommutierungssignale unter Berücksichtigung der zweiten Nullspannungskomponente ermittelt.
Die Wicklungsgruppe der Drehstrommaschine, mit der die zweiten Stromrichter verbunden sind, kann mit der ersten Wick- lungsgruppe identisch sein. Alternativ ist es möglich, dass die Wicklungsgruppe der Drehstrommaschine, mit der die zweiten Stromrichter verbunden sind, eine von der ersten Wicklungsgruppe verschiedene zweite Wicklungsgruppe der Drehstrommaschine ist. In diesem letztgenannten Fall entspricht die Anzahl an Phasen der zweiten Wicklungsgruppe der Anzahl an Phasen der ersten Wicklungsgruppe.
Im Falle des Vorhandenseins der mindestens einen zweiten Umrichtergruppe ist insbesondere dadurch eine Ausgestaltung des Direktumrichters möglich, dass die Steuereinrichtung
- die erste Nullspannungskomponente derart ermittelt, dass innerhalb der den gemeinsamen ersten Sternpunkt aufweisenden ersten Umrichtergruppe derjenige erste Stromrichter, bei dem der an die Drehstrommaschine abgegebene Strom und/oder die an die Drehstrommaschine angelegte Spannung am positivsten sind, möglichst nahe an der Gleichrichtergrenze betrieben wird, und
- die zweite Nullspannungskomponente derart ermittelt, dass innerhalb der den gemeinsamen zweiten Sternpunkt aufweisenden zweiten Umrichtergruppe derjenige zweite Stromrichter, bei dem der an die Drehstrommaschine abgegebene Strom und/ oder die an die Drehstrommaschine angelegte Spannung am negativsten sind, möglichst nahe an der Gleichrichtergrenze betrieben wird.
Für die Ermittlung der ersten Nullspannungskomponente exis- tieren verschiedene Möglichkeiten. Derzeit ist bevorzugt, dass die Steuereinrichtung die erste Nullspannungskomponente derart ermittelt, dass eine Welligkeit einer Blindleistungsaufnahme des Direktumrichters aus einem den Direktumrichter speisenden Drehstromnetz minimiert wird oder einen vorbe- stimmten Wert annimmt. Diese Ausgestaltung ist alternativ oder zusätzlich zu den oben bereits genannten Ausgestaltungen realisierbar .
Das Optimierungskriterium kann nach Bedarf bestimmt sein. Es kann beispielsweise derart bestimmt sein, dass Netzharmonische reduziert werden, Blindleistung reduziert wird und/oder Flicker reduziert wird.
Es ist möglich, dass das Optimierungskriterium der Steuerein- richtung fest vorgegeben ist. Vorzugsweise jedoch nimmt die Steuereinrichtung das Optimierungskriterium von außen entgegen. Dadurch ist ein besonders flexibler Betrieb des erfindungsgemäßen Direktumrichters möglich.
In der Regel ist die Steuereinrichtung als programmierbare Einrichtung ausgebildet. Die Aufgabe wird daher weiterhin entsprechend Anspruch 11 durch ein Steuerprogramm für eine programmierbare Steuereinrichtung eines erfindungsgemäßen Di- rektumrichters gelöst, wobei das Steuerprogramm Maschinencode umfasst, wobei die Ausführung des Maschinencodes bewirkt, dass der Direktumrichter erfindungsgemäß ausgebildet ist. Das Steuerprogramm kann insbesondere auf einem Datenträger - beispielsweise einem USB-Memorystick, einer SD-Speicherkarte oder einem internen Speicher der Steuereinrichtung - in maschinenlesbarer Form gespeichert sein.
Der Begriff „programmierbare Einrichtung" kann im Sinne einer prozessorgesteuerten Einrichtung, deren Prozessor das Steuer- programm sequenziell abarbeitet, zu verstehen sein. Der Begriff „programmierbare Einrichtung" ist jedoch nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. Er umfasst ebenso eine Einrichtung, die - zusätzlich zu einem Prozessor oder alternativ zu einem Prozessor - programmierbare Logikbausteine wie bei- spielsweise FPGAs, PLAs und dergleichen mehr umfasst. Ebenso ist der Begriff „Steuerprogramm" nicht nur im Sinne eines sequenziell abgearbeiteten Programms zu verstehen. Vielmehr kann der Begriff „Steuerprogramm" - zusätzlich oder alternativ zu einem sequenziell abarbeitbaren Programmcode - auch entsprechende Kodierungen für programmierbare Logikbausteine umfassen .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung: FIG 1 bis 3 verschiedene mögliche Ausgestaltungen eines
Direktumrichters und einer elektrischen Drehstrommaschine ,
FIG 4 bis 6 verschiedene mögliche Ausgestaltungen von
Stromrichtern und
FIG 7 und 8 Ablaufdiagramme . Gemäß FIG 1 weist eine Drehstrommaschine 1 eine erste Wicklungsgruppe 2 auf. Die erste Wicklungsgruppe 2 weist - entsprechend der Anzahl an Phasen der Drehstrommaschine 1 - eine Anzahl an ersten Wicklungen 3 auf. In der Regel ist die Drehstrommaschine 1 dreiphasig ausgebildet. In diesem Fall sind entsprechend der Darstellung in FIG 1 drei erste Wicklungen 3 vorhanden. Die ersten Wicklungen 3 der ersten Wicklungsgruppe 2 sind gemäß FIG 1 in einer Sternschaltung miteinander verschaltet. Sie weisen also einen gemeinsamen ersten Sternpunkt 15 auf. Alternativ könnten die ersten Wicklungen 3 in einer Dreieckschaltung miteinander verschaltet sein.
Die Drehstrommaschine 1 wird über einen Direktumrichter 4 an ein Drehstromnetz 5 angeschaltet. Im Regelfall wirkt die Drehstrommaschine 1 motorisch. Prinzipiell ist jedoch auch ein umgekehrter Energiefluss von der Drehstrommaschine 1 in das Drehstromnetz 5 möglich. In diesem Fall wirkt die Drehstrommaschine 1 als Generator.
Der Direktumrichter 4 weist in der Ausgestaltung gemäß FIG 1 eine einzige Umrichtergruppe 6 auf, nachfolgend als erste Umrichtergruppe 6 bezeichnet. Die erste Umrichtergruppe 6 weist eine Anzahl an ersten Stromrichtern 7 auf. Die Anzahl an ersten Stromrichtern 7 entspricht der Anzahl an Phasen der ersten Wicklungsgruppe 2. Im Regelfall - d.h. bei einer dreipha- sigen Drehstrommaschine 1 - sind also drei erste Stromrichter 7 vorhanden. Jeder erste Stromrichter 7 ist mindestens als bipolare B6 -Gruppe ausgebildet. Der Begriff „bipolare B6- Gruppe" wird später in Verbindung mit den FIG 4 bis 6 näher erläutert werden. Jeder der ersten Stromrichter 7 der ersten Umrichtergruppe 6 ist gemäß FIG 1 mit je einer der ersten
Wicklungen 3 der ersten Wicklungsgruppe 2 verbunden. Weiterhin weisen die ersten Stromrichter 7 einen gemeinsamen ersten Sternpunkt 8 auf. Die ersten Stromrichter 7 sind über jeweils
einen eigenen Drehstromtransformator 9 mit dem Drehstromnetz 5 verbunden. Die Drehstromtransformatoren 9 weisen bei der Ausgestaltung gemäß FIG 1 eine untereinander gleiche Phasenlage auf.
Die ersten Stromrichter 7 sind netzgeführt. Der Begriff „netzgeführt" hat für den Fachmann eine klar umrissene Bedeutung. Er bedeutet, dass (in FIG 1 nicht dargestellte) Schaltventile des jeweiligen Stromrichters 7 zwar aktiv gezündet werden können, aber nicht aktiv gelöscht werden können. Das Löschen erfolgt stattdessen automatisch beim Nulldurchgang der über dem jeweiligen Schaltventil abfallenden Spannung. Dies steht im Gegensatz zu Stromrichtern, die nicht nur gezündet, sondern auch wieder aktiv gelöscht werden können. Beispiele derartiger Stromrichter sind GTOs und IGBTs .
Der Direktumrichter 4 weist weiterhin eine Steuereinrichtung 10 auf. Die Steuereinrichtung 10 steuert die ersten Stromrichter 7 der ersten Umrichtergruppe 6 gemeinsam. Die Steuer- einrichtung 10 kann in Hardware aufgebaut sein. Oftmals ist die Steuereinrichtung 10 jedoch als programmierbare Steuereinrichtung ausgebildet. Falls die Steuereinrichtung 10 als programmierbare Steuereinrichtung ausgebildet ist, ist die Steuereinrichtung 10 mit einem Steuerprogramm 11 program- miert . Das Steuerprogramm 11 umfasst Maschinencode 12. Die
Ausführung des Maschinencodes 12 bewirkt und bestimmt den Betrieb des Direktumrichters 4. Das Steuerprogramm 11 ist zumindest innerhalb der Steuereinrichtung 10 auf einem Datenträger 13 gespeichert. Es kann zusätzlich auch außerhalb der Steuereinrichtung 10 auf einem (weiteren) Datenträger 14 gespeichert sein. Der Betrieb und die Wirkungsweise der Steuereinrichtung 10 werden später in Verbindung mit FIG 7 näher erläutert werden. Die Ausgestaltung gemäß FIG 2 baut auf der Ausgestaltung von FIG 1 auf. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass bei der Ausgestaltung gemäß FIG 2 die Drehstrommaschine 1 zusätzlich zur ersten Wicklungsgruppe 2 eine zweite Wicklungs-
gruppe 16 mit zweiten Wicklungen 17 aufweist. Die Anzahl an zweiten Wicklungen 17 ist gleich der Anzahl an ersten Wicklungen 3. Die zweiten Wicklungen 17 der zweiten Wicklungsgruppe 16 sind untereinander auf die gleiche Weise miteinan- der verschaltet wie die ersten Wicklungen 3 der ersten Wicklungsgruppe 2. Die zweite Wicklungsgruppe 16 kann relativ zu der ersten Wicklungsgruppe 2 eine Phasenlage cpl von 0°, +30°, -30° oder 180° aufweisen. Bei der Ausgestaltung gemäß FIG 2 weist der Direktumrichter 4 weiterhin zusätzlich zur ersten Umrichtergruppe 6 eine zweite Umrichtergruppe 18 auf. Die zweite Umrichtergruppe 18 weist eine Anzahl an zweiten Stromrichtern 19 auf. Die zweiten Stromrichter 19 sind analog zu den ersten Stromrichtern 7 netzgeführt. Die Anzahl an zweiten Stromrichtern 19 entspricht der Anzahl an Phasen der zweiten Wicklungsgruppe 16. Jeder zweite Stromrichter 19 ist - analog zu den ersten
Stromrichtern 7 - mindestens als bipolare B6 -Gruppe ausgebildet. Jeder der zweiten Stromrichter 19 der zweiten Umrich- tergruppe 18 ist gemäß FIG 2 mit je einer der zweiten Wicklungen 17 der zweiten Wicklungsgruppe 16 verbunden. Weiterhin weisen die zweiten Stromrichter 19 einen gemeinsamen zweiten Sternpunkt 20 auf. Die zweiten Stromrichter 19 sind - analog zu den ersten Stromrichtern 7 - über jeweils einen eigenen Drehstromtransformator 21 mit dem Drehstromnetz 5 verbunden. Die Drehstromtransformatoren 21 weisen bei der Ausgestaltung gemäß FIG 2 eine untereinander gleiche Phasenlage auf . Ihre Phasenlage kann gleich der Phasenlage der Drehstromtransformatoren 9 sein. Alternativ kann die Phasenlage der Drehstrom- transformatoren 21 von der Phasenlage der Drehstromtransformatoren 9 abweichen. Insbesondere kann ein Phasenversatz φ2 von 30° elektrisch bestehen.
Auch die Ausgestaltung gemäß FIG 3 baut auf der Ausgestaltung von FIG 1 auf. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass bei der Ausgestaltung gemäß FIG 2 die erste Wicklungsgruppe 2 in Form einer sogenannten offenen Schaltung betrieben wird. Es sind daher auch bei der Ausgestaltung gemäß FIG
3 die erste Umrichtergruppe 6 und die zweite Umrichtergruppe 18 mit ihren jeweiligen Stromrichtern 7, 19 vorhanden. Jede erste Wicklung 3 der ersten Wicklungsgruppe 2 weist zwei Enden auf. Je eines der Enden jeder ersten Wicklung 3 ist mit einem der ersten Stromrichter 7 oder einem der zweiten Stromrichter 19 verbunden.
Die Umrichtergruppen 6, 18 der Ausgestaltung gemäß FIG 3 sind untereinander identisch aufgebaut. Ihr jeweiliger Aufbau ent- spricht dem der obenstehend in Verbindung mit FIG 1 erläuterten ersten Umrichtergruppe 6. Die Drehstromtransformatoren 9 weisen innerhalb der jeweiligen ersten Umrichtergruppe 6 dieselbe Phasenlage auf. Zwischen der ersten Umrichtergruppe 6 und der zweiten Umrichtergruppe 18 kann alternativ dieselbe Phasenlage oder ein Phasenversatz φ2 von 30° bestehen.
Die Ausgestaltung gemäß FIG 3 ist prinzipiell auch bei einer Drehstrommaschine 1 realisierbar, die zusätzlich zur ersten Wicklungsgruppe 2 eine zweite Wicklungsgruppe 16 aufweist. In diesem Fall wäre die in FIG 3 dargestellte Anordnung an ersten und zweiten Umrichtergruppen 6, 18 zu verdoppeln.
Der wesentliche Unterschied zwischen den Ausgestaltungen gemäß FIG 2 und FIG 3 besteht somit darin, dass bei der Ausge- staltung gemäß FIG 2 die Wicklungsgruppe 16 der Drehstrommaschine 1, mit der die zweiten Stromrichter 19 verbunden sind, eine von der ersten Wicklungsgruppe 2 verschiedene, weitere Wicklungsgruppe 16 der Drehstrommaschine 1 ist. Bei der Ausgestaltung gemäß FIG 3 hingegen ist die Wicklungsgruppe 2 der Drehstrommaschine 1, mit der die zweiten Stromrichter 19 verbunden sind, mit der ersten Wicklungsgruppe 2 identisch. Auch bei der Ausgestaltung gemäß FIG 2 entspricht die Anzahl an Phasen der zweiten Wicklungsgruppe 16 jedoch der Anzahl an Phasen der ersten Wicklungsgruppe 2.
FIG 4 zeigt einen möglichen Aufbau eines Stromrichters 7, 19. Gemäß FIG 4 ist der Stromrichter 7, 19 als bipolare B6 -Gruppe 22 ausgebildet. Die bipolare B6 -Gruppe 22 weist zwei unipola-
re B6 -Gruppen 23 auf, die über den jeweiligen Transformator 9, 21 mit dem (mindestens dreiphasigen) Drehstromnetz 5 verbunden sind. Jede der beiden unipolaren B6 -Gruppen 23 weist pro Phase des Drehstromnetzes 5 jeweils zwei Thyristoren 24 auf. Jeder der beiden unipolaren B6 -Gruppen 23 kann im
Gleichrichterbetrieb, das heißt bei der Entnahme von Energie aus dem Drehstromnetz 5 über die eine der beiden unipolaren B6-Gruppen 23 bei gleichzeitiger Inaktivitat der jeweils anderen unipolaren B6 -Gruppe 23, eine Gleichrichtung der Span- nung des Drehstromnetzes 5 mit 6pulsiger Netzrückwirkung bewirken. Die beiden unipolaren B6 -Gruppen 23 sind antiparallel zueinander geschaltet und bilden zusammen die bipolare B6- Gruppe 22. Der Aufbau von FIG 4 ist Fachleuten allgemein bekannt .
FIG 5 zeigt einen möglichen alternativen Aufbau eines Stromrichters 7, 19, der als bipolare B6 -Gruppe 22 ausgebildet ist. Die Wirkungsweise des Stromrichters 7, 19 von FIG 5 ist funktional völlig gleichwertig zu der bipolaren B6 -Gruppe 22 von FIG 4. Gemäß FIG 5 weist die bipolare B6-Gruppe 22 pro Phase des Drehstromnetzes 5 jeweils zwei Schaltelemente 25 auf. Jedes Schaltelement 25 besteht aus zwei antiparallel zueinander angeordneten Thyristoren 23. Auch der Aufbau von FIG 5 ist Fachleuten allgemein bekannt.
Die beiden obenstehend in Verbindung mit den FIG 4 und 5 erläuterten Ausgestaltungen einer bipolaren B6-Gruppe 22 stellen die weitaus häufigsten Realisierungen dar. Prinzipiell sind jedoch auch andere Ausgestaltungen möglich und denkbar. Entscheidend ist die obenstehend in Verbindung mit FIG 4 erläuterte Funktionalität.
Die Ausgestaltung der Stromrichter 7, 19 als bipolare B6- Gruppen 22 stellt einen Minimalausbau dar. Alternativ können die Stromrichter 7, 19 mehrere derartige bipolare B6 -Gruppen 22 aufweisen, wobei die bipolaren B6-Gruppen 22 des jeweiligen Stromrichters 7, 19 in Reihe geschaltet sind. FIG 6 zeigt - rein beispielhaft - eine Reihenschaltung von zwei bipolaren
B6-Gruppen 22. Analoge Ausgestaltungen sind auch bei einer Reihenschaltung von mehr als zwei bipolaren B6 -Gruppen 22 möglich, beispielsweise bei einer Reihenschaltung von drei oder vier bipolaren B6 -Gruppen 22.
Gemäß FIG 6 sind die bipolaren B6 -Gruppen 22 über je einen eigenen Drehstromtransformator 9, 21 mit dem Drehstromnetz 5 verbunden. Innerhalb des jeweiligen Stromrichters 7, 19 können die Drehstromtransformatoren 9, 21 die gleiche Phasenlage aufweisen. Alternativ können die Drehstromtransformatoren 9, 21 einen Phasenversatz φ3 von beispielsweise 30° elektrisch im Falle von zwei bipolaren B6-Gruppen 22 bzw. allgemein einen Phasenversatz φ3 von 60°/n aufweisen, wobei n die Anzahl von in Reihe geschalteten bipolaren B6 -Gruppen 22 des jewei- ligen Stromrichters 7, 19 ist. Derartige Ausgestaltungen sind Fachleuten - je nach Anzahl an bipolaren B6 -Gruppen 22 als 12pulsige, 18pulsige, 24pulsige usw. Umrichter bekannt.
Nachfolgend werden in Verbindung mit FIG 7 und später auch FIG 8 der Betrieb der Steuereinrichtung 10 und damit auch der Betrieb des Direktumrichters 4 erläutert. Der in Verbindung mit FIG 7 erläuterte Betrieb der Steuereinrichtung 10 gilt für eine Ausgestaltung des Direktumrichters 4 gemäß FIG 1. Die Ausführungen zu FIG 8 gelten für die Ausgestaltungen des Direktumrichters gemäß den FIG 2 und 3. Die Ausführungen zu den FIG 7 und 8 gelten jedoch unabhängig davon, ob die Stromrichter 7, 19 gemäß FIG 4, gemäß FIG 5 oder gemäß FIG 6 ausgebildet sind. Gemäß FIG 7 nimmt die Steuereinrichtung 10 in einem Schritt Sl eine Sollansteuerung S* entgegen. Weiterhin ermittelt die Steuereinrichtung 10 gemäß FIG 2 in einem Schritt S2 zumindest für manche Sollansteuerungen S* anhand eines Optimierungskriteriums OK eine erste Nullspannungskomponente Nl . Die erste Nullspannungskomponente Nl kann von der Steuereinrichtung 10 alternativ statisch oder dynamisch ermittelt werden. In einem Schritt S3 ermittelt die Steuereinrichtung 10 anhand der Sollansteuerung S* jeweilige erste Kommutierungssignale
Kl für die ersten Stromrichter 7. Die Steuereinrichtung 10 berücksichtigt bei der Ermittlung der ersten Kommutierungs- signale Kl die erste Nullspannungskomponente Nl . Die im
Schritt S3 ermittelten ersten Kommutierungssignale Kl über- mittelt die Steuereinrichtung 10 in einem Schritt S4 (zeitrichtig) an die ersten Stromrichter 7.
Die erste Nullspannungskomponente Nl kann in dem Fall, dass die ersten Wicklungen 3 der ersten Wicklungsgruppe 2 entspre- chend der Darstellung in FIG 1 in einer Sternschaltung angeordnet sind, auf einen (tatsächlichen) ersten Sternpunkt 15 der ersten Wicklungsgruppe 2 bezogen sein. In dem Fall, dass die ersten Wicklungen 3 der ersten Wicklungsgruppe 2 in einer Dreieckschaltung angeordnet sind, kann die erste Nullspan- nungskomponente Nl auf einen virtuellen ersten Sternpunkt der ersten Wicklungsgruppe 2 bezogen sein. Die erste Nullspannungskomponente Nl kann in diesem Fall beispielsweise durch Mittelwertbildung der an den Ecken der Dreieckschaltung zwischen den ersten Wicklungen 3 der ersten Wicklungsgruppe 2 anstehenden Spannungen ermittelt werden. In jedem Fall und damit insbesondere auch im Falle einer offenen Schaltung (siehe FIG 3) kann die erste Nullspannungskomponente Nl durch den Mittelwert der Spannungen U, welche die ersten Stromrichter 7 an die ersten Wicklungen 3 der ersten Wicklungsgruppe 2 schalten, ermittelt werden.
Die Art und Weise, auf welche die Steuereinrichtung 10 die erste Nullspannungskomponente Nl ermittelt, kann nach Bedarf bestimmt sein. Vorzugsweise ermittelt die Steuereinrichtung 10 die erste Nullspannungskomponente Nl derart, dass innerhalb der den gemeinsamen ersten Sternpunkt 8 aufweisenden ersten Umrichtergruppe 6 einer der ersten Stromrichter 7 möglichst nahe an der Gleichrichtergrenze betrieben wird. Der erste Stromrichter 7, der möglichst nahe an der Gleichrich- tergrenze betrieben wird kann alternativ
- entweder derjenige erste Stromrichter 7 sein, bei dem der Betrag des an die Drehstrommaschine 1 abgegebenen Stromes I am größten ist,
- oder derjenige erste Stromrichter 7 sein, bei dem der an die Drehstrommaschine 1 abgegebene Strom I und/oder die an die Drehstrommaschine 1 angelegte Spannung U am positivsten ist ,
- oder derjenige erste Stromrichter 7 sein, bei dem der an die Drehstrommaschine 1 abgegebene Strom I und/oder die an die Drehstrommaschine 1 angelegte Spannung U am negativsten ist .
Weiterhin kann die Steuereinrichtung 10 die erste Nullspannungskomponente Nl derart ermitteln, dass eine Welligkeit ei- ner Blindleistungsaufnahme des Direktumrichters 4 aus dem
Drehstromnetz 5 minimiert wird oder einen vorbestimmten Wert annimmt. Diese Optimierung kann alternativ oder zusätzlich zu den oben genannten Kriterien angewendet werden. Es ist weiterhin möglich, das Optimierungskriterium OK nach Bedarf zu bestimmen. Beispielsweise kann das Optimierungskriterium OK derart bestimmt sein, dass Netzharmonische reduziert wird, werden, dass Blindleistung reduziert wird und/oder das
Flicker reduziert wird. Gegebenenfalls kann auch eine (gewichtete oder ungewichtete) Mittelwertbildung erfolgen.
Falls die zweite Umrichtergruppe 18 mit ihren zweiten Stromrichtern 19 vorhanden ist, ist die Vorgehensweise von FIG 7 gemäß FIG 8 modifiziert. In diesem Fall sind zusätzlich zu den Schritten Sl bis S4 Schritte S6 und S7 vorhanden. Die Schritte S6 und S7 sind gemäß FIG 8 den Schritten Sl bis S4 nachgeordnet. Dies ist jedoch von untergeordneter Bedeutung. Im Schritt S6 ermittelt die Steuereinrichtung 10 anhand der Sollansteuerung S* jeweilige zweite Kommutierungssignale K2 für die zweiten Stromrichter 19. Die im Schritt S6 ermittel - ten zweiten Kommutierungssignale K2 übermittelt die Steuereinrichtung 10 im Schritt S7 (zeitrichtig) an die zweiten Stromrichter 19.
Vorzugsweise ist im Rahmen der Vorgehensweise von FIG 8 weiterhin ein Schritt S8 vorhanden. Falls der Schritt S8 vorhanden ist, ist er dem Schritt S6 vorgeordnet. Im Schritt S8 ermittelt die Steuereinrichtung 10 für diejenigen Sollansteue- rungen S*, bei denen sie die erste Nullspannungskomponente Nl ermittelt, anhand des Optimierungskriteriums OK eine zweite Nullspannungskomponente N2. Die zweite Nullspannungskomponen- te N2 wird in analoger Weise ermittelt wie die erste Nullspannungskomponente Nl . In diesem Fall berücksichtigt die Steuereinrichtung 10 bei der Ermittlung der zweiten Kommutierungssignale K2 die zweite Nullspannungskomponente N2.
Analog zur Art und Weise, auf welche die Steuereinrichtung 10 die erste Nullspannungskomponente Nl ermittelt, kann auch die zweite Nullspannungskomponente N2 von der Steuereinrichtung 10 nach Bedarf bestimmt werden. Vorzugsweise ermittelt die Steuereinrichtung 10 die zweite Nullspannungskomponente N2 derart, dass innerhalb der den gemeinsamen zweiten Sternpunkt 20 aufweisenden zweiten Umrichtergruppe 18 einer der zweiten Stromrichter 19 möglichst nahe an der Gleichrichtergrenze betrieben wird. Dieser zweiten Stromrichter 19 kann - analog zur ersten Umrichtergruppe 6 - alternativ
- entweder derjenige zweite Stromrichter 19 sein, bei dem der Betrag des an die Drehstrommaschine 1 abgegebenen Stromes I am größten ist,
- oder derjenige zweite Stromrichter 19 sein, bei dem der an die Drehstrommaschine 1 abgegebene Strom I und/oder die an die Drehstrommaschine 1 angelegte Spannung U am positivsten ist,
- oder derjenige zweite Stromrichter 19 sein, bei dem der an die Drehstrommaschine 1 abgegebene Strom I und/oder die an die Drehstrommaschine 1 angelegte Spannung U am negativsten ist .
Auch hier kann alternativ oder zusätzlich die Optimierung derart erfolgen, dass eine Welligkeit einer Blindleistungsaufnahme des Direktumrichters 4 aus dem Drehstromnetz 5 mini-
miert wird oder einen vorbestimmten Wert annimmt. Diese Optimierung kann wie zuvor alternativ oder zusätzlich zu den oben genannten Kriterien angewendet werden. Prinzipiell können die erste und die zweite Nullspannungskom- ponente Nl, N2 von der Steuereinrichtung 10 unabhängig voneinander ermittelt werden. Oftmals ermittelt die Steuereinrichtung 10 die zweite Nullspannungskomponente N2 jedoch in Abhängigkeit von der ersten Nullspannungskomponente Nl . Insbe- sondere ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 10 die Ermittlung der ersten Nullspannungskomponente Nl und die Ermittlung der zweiten Nullspannungskomponente N2 wie folgt aufeinander abstimmt: - Die erste Nullspannungskomponente Nl wird derart ermittelt, dass innerhalb der den gemeinsamen ersten Sternpunkt 8 aufweisenden ersten Umrichtergruppe 6 derjenige erste Stromrichter 7, bei dem der an die Drehstrommaschine 1 abgegebene Strom I und/oder die an die Drehstrommaschine 1 angeleg- te Spannung U am positivsten ist, möglichst nahe an der Gleichrichtergrenze betrieben wird.
- Die zweite Nullspannungskomponente N2 wird derart ermittelt, dass innerhalb der den gemeinsamen zweiten Sternpunkt 20 aufweisenden zweiten Umrichtergruppe 18 derjenige zweite Stromrichter 19, bei dem der an die Drehstrommaschine 1 abgegebene Strom I und/oder die an die Drehstrommaschine 1 angelegte Spannung U am negativsten ist, möglichst nahe an der Gleichrichtergrenze betrieben wird. Insbesondere ist es oftmals möglich, dass die zweite Nullspannungskomponente N2 denselben Betrag wie die erste Null- spannungskomponente Nl aufweist. Oftmals gilt also entweder die Beziehung N2 = Nl oder es gilt die Beziehung N2 = -Nl . Es ist möglich, dass das Optimierungskriterium OK der Steuereinrichtung 10 fest vorgegeben ist. Vorzugsweise jedoch wird das Optimierungskriterium OK entsprechend der Darstellung in
den FIG 1 bis 3 der Steuereinrichtung 10 von außen vorgegeben, beispielsweise von einem nicht dargestellten Bediener.
Zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung also fol- genden Sachverhalt:
Ein Direktumrichter 4 weist eine Anzahl an ersten Umrichtergruppen 6 auf, die ihrerseits jeweils eine Anzahl an netzgeführten ersten Stromrichtern 7 aufweisen. Die ersten Strom- richter 7 sind jeweils mindestens als bipolare B6 -Gruppen ausgebildet und mit einer ersten Wicklungsgruppe 2 einer Drehstrommaschine 1 verbunden. Die Anzahl an ersten Stromrichtern 7 pro erster Umrichtergruppe 6 entspricht der Anzahl an Phasen der ersten Wicklungsgruppe 2. Die ersten Stromrich- ter 7 mindestens einer der ersten Umrichtergruppen 6 weisen einen gemeinsamen ersten Sternpunkt 8 auf. Der Direktumrichter 4 weist eine die ersten Umrichtergruppen 6 steuernde gemeinsame Steuereinrichtung 10 auf. Die Steuereinrichtung 10 nimmt eine Sollansteuerung S* entgegen und ermittelt anhand der Sollansteuerung S* für die ersten Stromrichter 7 jeweilige erste Kommutierungssignale Kl. Die Steuereinrichtung 10 ermittelt zumindest für manche Sollansteuerungen S* anhand eines Optimierungskriteriums OK statisch oder dynamisch eine erste Nullspannungskomponente Nl , die sie bei der Ermittlung der ersten Kommutierungssignale Kl berücksichtigt. Die ersten Kommutierungssignale Kl übermittelt die Steuereinrichtung 10 an die ersten Stromrichter 7.
Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbeson- dere kann durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise der
Blindleistungsbedarf deutlich reduziert werden. Im Extremfall kann eine Reduktion um bis zu 75% erzielt werden. Je nach Arbeitspunkt der Drehstrommaschine 1 und der Topologie des Direktumrichters 4 können weiterhin Netzharmonische um bis zu 75% reduziert werden. Dennoch können die üblichen Vorteile des Direktumrichters 4 beibehalten werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so is die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .
Claims
1. Direktumrichter,
- wobei der Direktumrichter eine Anzahl an ersten Umrichter- gruppen (6) aufweist,
- wobei die ersten Umrichtergruppen (6) jeweils eine Anzahl an netzgeführten ersten Stromrichtern (7) aufweisen,
- wobei die ersten Stromrichter (7) jeweils mindestens als bipolare B6 -Gruppen ausgebildet sind und mit einer ersten Wicklungsgruppe (2) einer Drehstrommaschine (1) verbunden sind,
- wobei die Anzahl an ersten Stromrichtern (7) pro erster Umrichtergruppe (6) der Anzahl an Phasen der ersten Wicklungsgruppe (2) entspricht,
- wobei die ersten Stromrichter (7) mindestens einer der ersten Umrichtergruppen (6) einen gemeinsamen ersten Sternpunkt (8) aufweisen,
- wobei der Direktumrichter eine die ersten Umrichtergruppen (6) steuernde gemeinsame Steuereinrichtung (10) aufweist, - wobei die Steuereinrichtung (10) eine Sollansteuerung (S*) entgegennimmt und anhand der Sollansteuerung (S*) für die ersten Stromrichter (7) jeweilige erste KommutierungsSignale (Kl) ermittelt und an die ersten Stromrichter (7) übermittelt,
- wobei die Steuereinrichtung (10) zumindest für manche Sollansteuerungen (S*) anhand eines Optimierungskriteriums (OK) statisch oder dynamisch eine erste Nullspannungskomponente (Nl) ermittelt und die ersten Kommutierungssignale (Kl) unter Berücksichtigung der ersten Nullspannungskomponente (Nl) ermittelt.
2. Direktumrichter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuereinrichtung (10) die erste Nullspannungskomponente (Nl) derart ermittelt, dass innerhalb der den gemeinsamen ersten Sternpunkt (8) aufweisenden ersten Umrichtergruppe (6) derjenige erste Stromrichter (7) , bei dem der Betrag des an die Drehstrommaschine (1)
abgegebenen Stromes (I) am größten ist, möglichst nahe an der Gleichrichtergrenze betrieben wird.
3. Direktumrichter nach Anspruch 1, d a d u r c h 9 e - k e n n z e i c h n e t , dass die Steuereinrichtung (10) die erste Nullspannungskomponente (Nl) derart ermittelt, dass innerhalb der den gemeinsamen ersten Sternpunkt (8) aufweisenden ersten Umrichtergruppe (6) derjenige erste Stromrichter (7) , bei dem der an die Drehstrommaschine (1) abgegebene Strom (I) und/oder die an die Drehstrommaschine (1) angelegte Spannung (U) am positivsten ist, möglichst nahe an der
Gleichrichtergrenze betrieben wird.
4. Direktumrichter nach Anspruch 1, d a d u r c h 9 e - k e n n z e i c h n e t , dass die Steuereinrichtung (10) die erste Nullspannungskomponente (Nl) derart ermittelt, dass innerhalb der den gemeinsamen ersten Sternpunkt (8) aufweisenden ersten Umrichtergruppe (6) derjenige erste Stromrichter (7) , bei dem der an die Drehstrommaschine (1) abgegebene Strom (I) und/oder die an die Drehstrommaschine (1) angelegte Spannung (U) am negativsten ist, möglichst nahe an der
Gleichrichtergrenze betrieben wird.
5. Direktumrichter nach Anspruch 1, d a d u r c h 9 e - k e n n z e i c h n e t ,
- dass der Direktumrichter eine Anzahl an zweiten Umrichtergruppen (18) aufweist,
- dass die zweiten Umrichtergruppen (18) jeweils eine Anzahl an netzgeführten zweiten Stromrichtern (19) aufweisen, - dass die zweiten Stromrichter (19) jeweils mindestens als bipolare B6 -Gruppe ausgebildet sind und mit einer Wicklungsgruppe (2,16) der Drehstrommaschine (1) verbunden sind,
- dass die Anzahl an zweiten Stromrichtern (19) pro zweiter Umrichtergruppe (18) der Anzahl an Phasen der ersten Wicklungsgruppe (2) entspricht,
- dass die zweiten Stromrichter (19) mindestens einer der zweiten Umrichtergruppen (18) einen gemeinsamen zweiten Sternpunkt (20) aufweisen,
- dass die Steuereinrichtung (10) anhand der Sollansteuerung (S*) auch für die zweiten Stromrichter (19) jeweilige zweite Kommutierungssignale (K2) ermittelt und an die zweiten Stromrichter (19) übermittelt und
- dass die Steuereinrichtung (10) für diejenigen Sollansteuerungen (S*) , bei denen sie die erste Nullspannungskomponen- te (Nl) ermittelt, anhand des Optimierungskriteriums (OK) statisch oder dynamisch auch eine zweite Nullspannungskom- ponente (N2) ermittelt und die zweiten Kommutierungssignale (K2) unter Berücksichtigung der zweiten Nullspannungskompo- nente (N2) ermittelt.
6. Direktumrichter nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Wicklungsgruppe (2,16) der Drehstrommaschine (1) , mit der die zweiten Stromrichter (19) verbunden sind, mit der ersten Wicklungsgruppe (2) iden- tisch ist oder dass die Wicklungsgruppe (2,16) der Drehstrommaschine (1) , mit der die zweiten Stromrichter (19) verbunden sind, eine von der ersten Wicklungsgruppe (2) verschiedene zweite Wicklungsgruppe (16) der Drehstrommaschine (1) ist und dass die Anzahl an Phasen der zweiten Wicklungsgruppe (16) der Anzahl an Phasen der ersten Wicklungsgruppe (2) entspricht .
7. Direktumrichter nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuereinrichtung (10)
- die erste Nullspannungskomponente (Nl) derart ermittelt, dass innerhalb der den gemeinsamen ersten Sternpunkt (8) aufweisenden ersten Umrichtergruppe (6) derjenige erste Stromrichter (7) , bei dem der an die Drehstrommaschine (1) abgegebene Strom (I) und/oder die an die Drehstrommaschine
(1) angelegte Spannung (U) am positivsten ist, möglichst nahe an der Gleichrichtergrenze betrieben wird, und
- die zweite Nullspannungskomponente (N2) derart ermittelt, dass innerhalb der den gemeinsamen zweiten Sternpunkt (20) aufweisenden zweiten Umrichtergruppe (18) derjenige zweite Stromrichter (19) , bei dem der an die Drehstrommaschine (1) abgegebene Strom (I) und/oder die an die Drehstrommaschine (1) angelegte Spannung (U) am negativsten ist, möglichst nahe an der Gleichrichtergrenze betrieben wird.
8. Direktumrichter nach einem der obigen Ansprüche, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuereinrichtung (10) die erste Nullspannungskomponente (Nl) derart ermittelt, dass eine Welligkeit einer Blindleistungsaufnahme des Direktumrichters aus einem den Direktumrichter speisenden Drehstromnetz (5) minimiert wird oder einen vorbe- stimmten Wert annimmt.
9. Direktumrichter nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Optimierungskriterium (OK) derart bestimmt ist, dass Netzharmonische reduziert werden, Blindleistung reduziert wird und/oder
Flicker reduziert wird.
10. Direktumrichter nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuer- einrichtung (10) das Optimierungskriterium (OK) von außen entgegennimmt .
11. Direktumrichter nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuer- einrichtung (10) als programmierbare Einrichtung ausgebildet ist .
12. Steuerprogramm für eine programmierbare Steuereinrichtung (10) eines Direktumrichters (4) nach Anspruch 11, wobei das Steuerprogramm Maschinencode (12) umfasst, wobei die Ausführung des Maschinencodes (12) bewirkt, dass der Direktumrichter (4) gemäß Anspruch 11 ausgebildet ist.
13. Steuerprogramm nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es auf einem Datenträger (13, 14) in maschinenlesbarer Form gespeichert ist.
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