DE10159645B4

DE10159645B4 - Method and device for maintaining a supply voltage of a power supply electronics of a matrix converter in case of power failure

Info

Publication number: DE10159645B4
Application number: DE2001159645
Authority: DE
Inventors: Olaf Dr. Simon
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2021-12-06
Also published as: DE10159645A1

Abstract

Verfahren zur Aufrechterhaltung einer Versorgungsspannung (U_C) einer Stromversorgung (20) einer Elektronik (18) eines Matrixumrichters (2) bei Netzunterbrechung, wobei diese Stromversorgung (20) eine netz- und lastseitige Diodenbrücke (22, 24), einen DC/DC-Wandler (16) und einen Stützkondensator (26) aufweist, der die beiden Diodenbrücken (22, 24) gleichspannungsseitig miteinander verknüpft und wobei der DC/DC-Wandler (16) eingangsseitig elektrisch parallel mit dem Stützkondensator (26) und ausgangsseitig mit der Elektronik (18) verbunden ist, mit folgenden Verfahrensschritten:
a) Überwachung der Versorgungsspannung (U_C) gegenüber einem vorbestimmten Spannungs-Sollwert (U*C ), unter Berücksichtigung einer vorbestimmten Hysterese (H),
b) Aktivierung eines Nullzeigers für den Matrixumrichter (2) für eine vorbestimmte Zeit, nachdem eine Differenz zwischen Versorgungsspannung (U_C) und dem vorbestimmten Spannungs-Sollwert (U*C ) eine untere Hysteresschwelle unterschritten hat,
c) Aktivierung einer Impulssperre für den Matrixumrichter (2) nach Ablauf der vorbestimmten Zeit für einen Nullzeiger bis ein auftretender Umladestrom (I_M) Null ist, und
d) zwischen Nullzeiger und Impulssperre nach einem festgelegten Muster solange...Method for maintaining a supply voltage (U _C ) of a power supply (20) of an electronics (18) of a matrix converter (2) in the event of a power interruption, said power supply (20) comprising a mains and load-side diode bridge (22, 24), a DC / DC Transducer (16) and a support capacitor (26) which connects the two diode bridges (22, 24) on the DC side and wherein the DC / DC converter (16) on the input side electrically in parallel with the support capacitor (26) and the output side with the electronics ( 18), with the following process steps:
a) Monitoring of the supply voltage (U _C ) with respect to a predetermined voltage setpoint ( U * C ), taking into account a predetermined hysteresis (H),
b) activating a zero pointer for the matrix converter (2) for a predetermined time after a difference between the supply voltage (U _C ) and the predetermined voltage setpoint ( U * C ) has fallen below a lower threshold hysteresis,
c) activation of a pulse inhibit for the matrix converter (2) after the expiration of the predetermined time for a zero pointer until an occurring Umladestrom (I _M ) is zero, and
d) between the zero pointer and the pulse lock according to a defined pattern as long as ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufrechterhaltung einer Versorgungsspannung einer Stromversorgung einer Elektronik eines Matrixumrichters bei Netzunterbrechung, wobei diese Stromversorgung eine netz- und lastseitige Diodenbrücke, einen DC/DC-Wandler und einen Stützkondensator aufweist, der die beiden Diodenbrücken gleichspannungsseitig miteinander verknüpft und wobei der DC/DC-Wandler eingangsseitig elektrisch parallel mit dem Stützkondensator und ausgangsseitig mit der Elektronik verbunden ist, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The The invention relates to a method for maintaining a Supply voltage of a power supply of an electronics Matrix inverter in case of power failure, this power supply a mains and load side diode bridge, a DC / DC converter and a backup capacitor comprising the two diode bridges DC voltage side linked together and wherein the DC / DC converter on the input side electrically in parallel with the backup capacitor and the output side is connected to the electronics, and on a Apparatus for carrying out this procedure.

Aus der Veröffentlichung ”Novel Solutions for Protection of Matrix Converter to Three Phase Induction Machine”, abgedruckt im Tagungsband ”IEEE Industry Application Society Annual Meeting, New Orleans, Louisiana, 5.–9. Oktober 1997, Seiten 1447 bis 1454, ist ein Matrixumrichter mit einer Überspannungsschutzvorrichtung bekannt. Ein Matrixumrichter 2 mit dieser bekannten Überspannungsschutzvorrichtung 4 ist in der 1 näher dargestellt. Diese Überspannungsschutzvorrichtung 4 weist zwei 6-pulsige Diodenbrücken 6 und 8 auf, die gleichspannungsseitig mittels eines Kondensators 10 miteinander verknüpft sind. Wechselspannungsseitig ist die 6-pulsige Diodenbrücke 6 mit den Eingangsanschlüssen R, S, T des Matrixumrichters 2 verbunden. An diesen Anschlüssen R, S, T ist ebenfalls ein speisendes Netz 12 angeschlossen. Die Diodenbrücke 8 ist wechselspannungsseitig mit den Ausgangsanschlüssen U, V, W des Matrixumrichters 2 verbunden. Außerdem ist an diesen Anschlüssen U, V, W eine Drehfeldmaschine 14, angeschlossen. Der Matrixumrichter 2 weist neun bidirektionale Leistungshalbleiterschalter auf, die in einer 3×3-Schaltermatrix angeordnet sind. Diese bidirektionalen Schalter und ein Eingangs filter des Matrixumrichters 2 sind hier nicht im einzelnen dargestellt.From the Novel Solutions for Protection of Matrix Converter to Three Phase Induction Machine publication, published in the proceedings of the IEEE Industry Application Society Annual Meeting, New Orleans, Louisiana, 5-9. October 1997, pages 1447 to 1454, a matrix converter with a surge protection device is known. A matrix converter 2 with this known overvoltage protection device 4 is in the 1 shown in more detail. This overvoltage protection device 4 has two 6-pulse diode bridges 6 and 8th on the DC side by means of a capacitor 10 linked together. On the AC side is the 6-pulse diode bridge 6 with the input terminals R, S, T of the matrix converter 2 connected. At these terminals R, S, T is also a feeding network 12 connected. The diode bridge 8th is the AC side with the output terminals U, V, W of the matrix converter 2 connected. In addition, at these terminals U, V, W is a rotary field machine 14 , connected. The matrix converter 2 has nine bi-directional power semiconductor switches arranged in a 3x3 switch matrix. These bidirectional switches and an input filter of the matrix converter 2 are not shown here in detail.

Mittels dieser Überspannungsschutzvorrichtung 4 werden auftretende Überspannungen begrenzt. Beim Auftreten von Überspannungen werden diese durch die Diodenbrücken 6 und 8 gleichgerichtet und auf den Kondensator 10 gegeben. Dieser Kondensator 10 nimmt somit, insbesondere in der Drehfeldmaschine gespeicherte magnetische Energie auf. Aus diesem Grund entspricht der Kondensator 10 in etwa dem Kondensator eines leistungsgleichen Spannungszwischenkreis-Umrichters. Da die Dioden der Diodenbrücke 8 den maximalen Laststrom führen können muss, ist eine entsprechend große Dimensionierung notwendig.By means of this overvoltage protection device 4 occurring overvoltages are limited. When overvoltages occur, they are passed through the diode bridges 6 and 8th rectified and on the capacitor 10 given. This capacitor 10 thus absorbs, in particular stored in the induction machine magnetic energy. For this reason, the capacitor corresponds 10 in about the capacitor of a power equivalent voltage source inverter. Because the diodes of the diode bridge 8th must be able to carry the maximum load current, a correspondingly large dimensions is necessary.

Da die Stromrichtertopologie Matrixumrichter, insbesondere eine beschriebene Überspannungsschutzvorrichtung, im Gegensatz zu konventionellen Umrichtern mit Spannungszwischenkreis über keine großen Energiespeicher verfügt, kann im Falle einer kurzen Unterbrechung des versorgenden Netzes die Elektronik des Umrichters nicht aus einem derartigen Speicher bis zur Wiederkehr der Netzspannung versorgt werden. Diese Funktion ist jedoch wichtig, damit der Antrieb mit möglichst wenig Verzögerungszeit nach einer auftretenden Störung der Versorgung wieder normal betrieben werden kann, also kein Bootvorgang sowie Initialisierungsabläufe des Steuerungsprozesses oder gar ein Stillsetzen der Arbeitsmaschine notwendig werden.There the power converter topology matrix converter, in particular a described overvoltage protection device, in contrast to conventional converters with voltage intermediate circuit via none huge Energy storage features, can in case of a short interruption of the supplying network the electronics of the inverter is not from such a memory be supplied until the return of the mains voltage. this function However, it is important to allow the drive with the least possible delay time after a malfunction occurs the supply can be operated normally again, so no booting as well as initialization processes the control process or even a shutdown of the machine become necessary.

In der Veröffentlichung mit dem Titel ”Short Term Ride through Capabilities for Direct Frequency Converters” von Christian Klumpner, Ion Boldea, Frede Blaabjerg, abgedruckt in Conference Proceedings PESC 2000, Seiten 235 bis 241, ist eine Stromversorgung für die Umrichterelektronik elektrisch parallel zum Kondensator einer Überspannungsschutzvorrichtung geschaltet. Da der Matrixumrichter dieser Veröffentlichung ebenfalls eine Überspannungsschutzvorrichtung 4 wie der Matrixumrichter 2 der 1 hat, sind diese genannten Teile zusätzlich in dieser 1 noch zusätzlich aufgenommen werden. Dabei ist die Stromversorgung mit 16 und die Umrichterelektronik mit 18 bezeichnet worden. Diese Stromversorgung 16 ist ein DC/DC-Wandler, der auch als Schaltnetzteil ausgeführt sein kann. Die Eingangsspannung dieser Stromversorgung 16 ist die gleichgerichtete Spannung des speisenden Netzes 12. Wie bereits erwähnt, kann dieser Kondensator 10 der Überspannungsschutzvorrichtung 4 als groß bezeichnet werden, beispielsweise 500 μF, wodurch beim Sperren aller Schalter der Schaltermatrix des Matrixumrichters 2 aus dem Nennbetrieb heraus keine Aufladung des Kondensators 10 aus den Induktivitäten der Arbeitsmaschine 14 über die zulässige Sperrspannung der Leistungshalbleiterschalter der Schaltermatrix hinaus erfolgen kann. Somit entspricht diese Überspannungsschutzvorrichtung 4 einem konventionellen Zwischenkreiskondensator eines Spannungszwischenkreis-Umrichters.In the paper entitled "Short Term Ride through Capabilities for Direct Frequency Converters" by Christian Klumpner, Ion Boldea, Frede Blaabjerg, printed in Conference Proceedings PESC 2000, pages 235 to 241, a power supply for the converter electronics is electrically parallel to the capacitor Overvoltage protection device switched. Since the matrix converter of this publication also an overvoltage protection device 4 like the matrix converter 2 of the 1 In addition, these mentioned parts are additional in this 1 to be added additionally. The power supply is with 16 and the converter electronics with 18 have been designated. This power supply 16 is a DC / DC converter, which can also be designed as a switching power supply. The input voltage of this power supply 16 is the rectified voltage of the feeding network 12 , As already mentioned, this capacitor can 10 the overvoltage protection device 4 be designated as large, for example, 500 uF, whereby when locking all switches of the switch matrix of the matrix converter 2 no charging of the capacitor from rated operation 10 from the inductances of the working machine 14 beyond the permissible reverse voltage of the power semiconductor switch of the switch matrix can be done. Thus, this overvoltage protection device corresponds 4 a conventional DC link capacitor of a voltage source inverter.

Da der Kondensator 10 Bestandteil des Schutzkonzeptes des Matrixumrichters ist und mittels eines parallelen Widerstandes, der hier nicht näher dargestellt ist, für eine ausreichend schnelle Entladung gesorgt werden muss, um nach einen Abschaltvorgang in kurzer Zeit wieder Einschalten zu dürfen, wird in der genannten Veröffentlichung von Klumpner et al. trotz der großen gespeicherten Energie ein Verfahren zur Nachladung dieses Kondensators 10 aus der Drehfeldmaschine 14, die auch als Arbeitsmaschine bezeichnet wird, angegeben.Because the capacitor 10 Part of the protection concept of the matrix converter and by means of a parallel resistor, which is not shown here, must be provided for a sufficiently fast discharge in order to be able to restart after a shutdown in a short time, is mentioned in the aforementioned publication by Klumpner et al. despite the large stored energy, a process for recharging this capacitor 10 from the induction machine 14 , which is also referred to as a work machine specified.

Zu diesem Zweck wird die Schaltermatrix des Matrixumrichters 2 in Verbindung mit der Diodenbrücke 8 und der Induktivität der Drehfeldmaschine 14 als Chopperschaltung zur Aufladung des Kondensators 10 verwendet. Der in der Drehfeldmaschine 10 rotierende Fluss wirkt als Spannungsquelle. Andere Möglichkeiten der Steuerung bestehen nicht, da die Schaltermatrix des Matrixumrichters 2 in Fällen einer Netzunterbrechung nur einen Kurzschluss oder einen offenen Kreis unabhängig von der Art der Netzstörung bilden kann.For this purpose, the switch matrix of the matrix converter 2 in conjunction with the diode bridge 8th and the inductance of the induction machine 14 as a chopper circuit for charging the capacitor 10 used. The one in the induction machine 10 rotating flux acts as a voltage source. Other possibilities of control do not exist, since the switch matrix of the matrix converter 2 in the event of a power interruption, can only form a short circuit or an open circuit, regardless of the nature of the power failure.

Als Steuerverfahren der Veröffentlichung von Klumpner et al. wird ein zeitdiskretisierte Zweipunkt-Regelung eingesetzt. Hierbei wird eine Strommessung benötigt, wobei das Ziel eines konstanten Maschinenstroms verfolgt wird. Zur Bildung eines Kurzschlusses werden die Leistungshalbleiterschalter der Schaltermatrix des Matrixumrichters 2 derart angesteuert, dass ein Nullzeiger umgesetzt wird. Während dieses Kurzschlusses steigt der Maschinenstrom und damit die in der Streuinduktivität gespeicherte Energie an. Zur Bildung eines offenen Kreises werden die Leistungshalbleiterschalter der Schaltermatrix des Matrixumrichters 2 gesperrt. Dadurch werden die Dioden der Diodenbrücke 8 leitend, wodurch die gespeicherte Energie in der Streuinduktivität der Drehfeldmaschine 14 in den Kondensator 10 der Überspannungsschutzvorrichtung 4 umgeladen wird. Durch abwechselnde Generierung dieser beiden Zustände der Schaltermatrix wird der Maschinenstrom der Drehfeldmaschine 14 und damit indirekt auch die übertragende Leistung aus der Streuinduktivität der Drehfeldmaschine 14 in den Kondensator 10 der Überspannungsschutzvorrichtung 4 gesteuert.As a control method of the publication by Klumpner et al. a time-discretized two-point control is used. In this case, a current measurement is required, whereby the goal of a constant machine current is tracked. To form a short circuit, the power semiconductor switches of the switch matrix of the matrix converter 2 controlled so that a null pointer is implemented. During this short circuit, the machine current and thus the energy stored in the leakage inductance increases. To form an open circuit, the power semiconductor switches become the switch matrix of the matrix converter 2 blocked. This will make the diodes of the diode bridge 8th conductive, whereby the stored energy in the leakage inductance of the induction machine 14 in the condenser 10 the overvoltage protection device 4 is reloaded. By alternately generating these two states of the switch matrix, the machine current of the induction machine becomes 14 and thus indirectly, the transmitted power from the leakage inductance of the induction machine 14 in the condenser 10 the overvoltage protection device 4 controlled.

Dieses bekannte Verfahren hat einen entscheidenden Nachteil, da die in den Kondensator 10 eingebrachte Leistung nicht direkt geregelt wird, denn diese bestimmt sich aus dem Produkt aus Maschinenstrom und induzierter Spannung, welche bei einer Asynchronmaschine in diesem Betriebszustand mit der Zeit expotentionell abnimmt. Den zeitlichen Verlauf dieser Leistung ist in der 6d der Veröffentlichung von Klumpner et al. dargestellt. Dabei muss die von der Stromversorgung 16, insbesondere in der Anfangsphase nicht aufgenommene Leistung vom Kondensator 10 der Überspannungsschutzvorrichtung 4 aufgenommen werden und führt zu dessen Aufladung. Daraus folgt, dass bei der Anwendung dieses bekannten Verfahrens ein großer Kondensator 10 vorgesehen sein muss, um die Sperrspannung der Leistungshalbleiterschalter der Schaltermatrix des Matrixumrichters 2 nicht zu überschreiten. Derartige Kondensatoren werden aus Elektrolytkondensatoren aufgebaut, die temperaturanfällig sind. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass durch die Strommessung dieses bekannten Verfahrens auf die Zykluszeit eines Prozessors einer Steuer- und Regeleinrichtung des Matrixumrichters 2 angewiesen ist. Dies führt zu ho hen Strömen bei geringen Zykluszeiten, geringen Maschineninduktivitäten und hoher Maschinenspannung.This known method has a significant disadvantage, since the in the capacitor 10 introduced power is not directly regulated, because this is determined by the product of machine current and induced voltage, which decreases expotentionell with an asynchronous machine in this operating condition with time. The temporal course of this achievement is in the 6d the publication by Klumpner et al. shown. It must be from the power supply 16 , Especially in the initial phase not recorded power from the capacitor 10 the overvoltage protection device 4 be recorded and leads to its charge. It follows that in the application of this known method, a large capacitor 10 must be provided to the blocking voltage of the power semiconductor switches of the switch matrix of the matrix converter 2 not to be exceeded. Such capacitors are constructed of electrolytic capacitors, which are temperature sensitive. Another disadvantage is that by the current measurement of this known method on the cycle time of a processor of a control and regulating device of the matrix converter 2 instructed. This leads to ho hen currents with low cycle times, low machine inductance and high machine voltage.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, dieses bekannte Verfahren derart zu verändern, dass die genannten Nachteile sich nicht mehr einstellen.Of the Invention is based on the object, this known method to change so that the disadvantages mentioned no longer arise.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is according to the invention with the Characteristics of claim 1 solved.

Dadurch, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht mehr der Maschinenstrom, sondern die Spannung am Kondensator als Regelgröße verwendet wird, ist eine echte Leistungsregelung implementiert. Daraus resultiert eine Verkleinerung des Kondensators, der somit nur noch ein Puffer bzw. Stützkondensator ist. Durch die Verkleinerung dieses Kondensators kann auf temperaturanfällige Elektrolytkondensatoren verzichtet werden, wodurch erheblich am Bauvolumen gespart wird. Da keine Strommessung für die Spannungsstützung der Elektronikversorgung mehr notwendig ist, ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht mehr von der Zykluszeit eines Prozessors der Steuer- und Regeleinrichtung des Matrixumrichters abhängig.Thereby, that in the inventive method not the machine current, but the voltage at the capacitor used as a controlled variable is, a real power scheme is implemented. This results a reduction of the capacitor, which thus only a buffer or backup capacitor is. By reducing the size of this capacitor, temperature-sensitive electrolytic capacitors can be used be omitted, which is saved considerably in the volume of construction. Since no current measurement for the tension support the electronics supply is more necessary, is the inventive method no longer of the cycle time of a processor of the control device of the matrix converter.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird zwischen Ansteuern und Sperren des Matrixumrichters mit einem Verhältnis von 1:1 gewechselt. In weiteren vorteilhaften Verfahren wird dieses Verhältnis variabel bzw. steigt von kleinen Werten beginnend mit der Zeit an. Die Zeit für das Ansteuern steigt demnach bis zu einem oberen Grenzwert an. Dadurch wird eine Überladung des Kondensators der Stromversorgung bei hoher Maschinenspannung vermieden, trotzdem aber eine ausreichende Ladung des Kondensators bei niedriger Maschinenspannung erreicht. Bei der Ladung des Kondensators der Stromversorgung bei hoher Maschinenspannung ist eine kurze Einschaltzeit und eine lange Ausschaltzeit notwendig, wogegen bei niedriger Maschinenspannung eine ausreichende Nachladung des Kondensators nur mit einer langen Einschaltzeit und einer kurzen Ausschaltzeit erreicht wird. Bei der vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der Übergang zwischen diesen beiden Zuständen zeitabhängig gesteuert.at an advantageous embodiment of the method is between driving and locking the matrix converter with a relationship changed from 1: 1. In further advantageous method this relationship variable or increases from small values starting with the time. The time for the driving accordingly increases up to an upper limit. Thereby will be an overload the capacitor of the power supply at high machine voltage avoided, but still a sufficient charge of the capacitor achieved at low machine voltage. When charging the capacitor The power supply at high machine voltage is a short on-time and a long turn-off time necessary, whereas at low machine voltage sufficient recharging of the capacitor only with a long switch-on time and a short turn-off time is achieved. In the advantageous embodiment the procedure becomes the transition between these two states time-dependent controlled.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch veranschaulicht ist.to further explanation The invention is with reference to the drawing, in which an embodiment a device for carrying out the inventive method is illustrated schematically.

1 zeigt eine bekannte Vorrichtung, in der 1 shows a known device in the

2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt und die 2 a device according to the invention is shown and the

3 zeigt in einem Diagramm über die Zeit t die relevanten Zeitverläufe des erfindungsgemäßen Verfahren. 3 shows in a diagram over time t the relevant time courses of the method according to the invention.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung nach 2 unterscheidet sich von der bekannten Vorrichtung nach 1 dadurch, dass die Überspannungsschutzvorrichtung 4 nicht mehr benötigt wird. Anstelle dieser Überspannungsschutzvorrichtung 4 weist der Matrixumrichter 2 beispielsweise eine Überspannungsschutzvorrichtung gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 100 05 449 auf. Außerdem unterscheidet sich diese erfindungsgemäße Vorrichtung von der bekannten Vorrichtung dadurch, dass eine Stromversorgung 20 vorgesehen ist, die eine netz- und maschinenseitige Diodenbrücke 22 und 24 aufweist, die gleichspannungsseitig mittels eines Puffer- bzw. Stützkondensators 26 miteinander verkoppelt sind. Elektrisch parallel zu diesem Kondensator 26 ist ein DC/DC-Wandler 16 geschaltet, der ausgangsseitig mit einem Eingang einer Umrichterelektronik 18 verknüpft ist. Die netzseitige mehrpulsige Diodenbrücke 22 ist wechselspannungsseitig mit den Eingangsanschlüssen R, S, T des Matrixumrichters 2 verbunden, wobei die maschinenseitige mehrpulsige Diodenbrücke 24 wechselspannungsseitig mit den Ausgangsanschlüssen U, V, W des Matrixumrichters 2 verknüpft sind.The device according to the invention 2 differs from the known device according to 1 in that the overvoltage protection device 4 is no longer needed. Instead of this overvoltage protection device 4 assigns the matrix converter 2 For example, an overvoltage protection device according to the German Offenlegungsschrift 100 05 449 on. In addition, this device according to the invention differs from the known device in that a power supply 20 is provided, which is a network and machine-side diode bridge 22 and 24 has, the DC side by means of a buffer or support capacitor 26 are coupled together. Electrically parallel to this capacitor 26 is a DC / DC converter 16 switched, the output side with an input of a converter electronics 18 is linked. The mains-side multi-pulse diode bridge 22 is the AC side with the input terminals R, S, T of the matrix converter 2 connected, wherein the machine-side multi-pulse diode bridge 24 AC side with the output terminals U, V, W of the matrix converter 2 are linked.

Die mehrpulsige Diodenbrücke 22, der Stützkondensator 26 und der DC/DC-Wandler 16 bilden eine bekannte Stromversorgung, die bei handelsüblichen Spannungszwischenkreis-Umrichter verwendet wird. Diese bekannte Stromversorgung ist nur um die mehrpulsige Diodenbrücke 24 ergänzt worden, damit bei einer Netzunterbrechung die kinetische Energie des Antriebs zur Energieversorgung verwendet werden kann. Die Diodenbrücken 22 und 24 sowie der Kondensator 26 können im Vergleich zur Überspannungsschutzschaltung 4 deutlich kleiner dimensioniert werden, da sie nun nur noch der Elektronikversorgung dienen.The multi-pulse diode bridge 22 , the backup capacitor 26 and the DC / DC converter 16 form a known power supply, which is used in commercial voltage source inverter. This known power supply is only around the multi-pulse diode bridge 24 been supplemented so that at a power failure, the kinetic energy of the drive can be used for power supply. The diode bridges 22 and 24 as well as the capacitor 26 can compare to the overvoltage protection circuit 4 be dimensioned much smaller, since they now only serve the electronics supply.

Diese erfindungsgemäße Vorrichtung weist im Unterschied zur Vorrichtung gemäß 1 noch eine Spannungserfassung 28, einen Vergleicher 30 und einen Regler 32, insbesondere einen Hystereseregler mit der Hysterese H, auf. Der Ausgang dieses Reglers 32 ist mit einem Steuereingang einer Umrichtersteuerung 34 verknüpft, die die Ansteuersignale für die bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter der Schaltermatrix des Matrixumrichters 2 generiert. Die Spannungserfassung 28 ist eingangsseitig elektrisch parallel zum Stützkondensator 26 der Stromversorgung 20 und ausgangsseitig mit einem nicht invertierenden Eingang des Vergleichers 30 verknüpft. An dessen invertierenden Eingang steht ein vorbestimmter Spannungs-Sollwert U*C an. Ausgangsseitig ist dieser Vergleicher 30 mit einem Eingang des Reglers 32 verbunden, an dessen Ausgang eine Steuersignal S_UV ansteht. Die Signale U_C, U*C und S_UV sind im einzelnen in dem Diagramm der 3 über der Zeit t dargestellt.This device according to the invention, in contrast to the device according to 1 another tension detection 28 , a comparator 30 and a regulator 32 , in particular a hysteresis controller with the hysteresis H, on. The output of this regulator 32 is with a control input of a converter control 34 which connects the drive signals for the bidirectional power semiconductor switches of the switch matrix of the matrix converter 2 generated. The voltage detection 28 is on the input side electrically parallel to the backup capacitor 26 the power supply 20 and on the output side with a non-inverting input of the comparator 30 connected. At its inverting input is a predetermined voltage setpoint U * C at. On the output side is this comparator 30 with an input of the regulator 32 connected to the output of which a control signal S _UV is present. The signals U _C, U * C and S _UV are in detail in the diagram of 3 shown over time t.

Anhand dieses Diagramms soll nun in Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß 2 im folgenden das erfindungsgemäße Verfahren erläutert werden:
Solange der Spannungs-Istwert U_C, der am Stützkondensator 26 anstehenden Spannung größer als die Summe eines vorbestimmten Spannungs-Sollwertes U*C und der Hysterese H ist, weist das Steuersignal S_UV am Ausgang des Reglers 32 einen High-Pegel auf. Das bedeutet, der Stützkondensator 26 weist eine ausreichende Spannung auf, so dass die Schaltermatrix des Matrixumrichters 2 bei Netzunterbrechung vollständig geöffnet ist. Daraus resultiert, dass der Maschinenstrom i_M im stationären Fall Null ist. Dieser Zustand der Schaltermatrix wird erreicht, wenn alle bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter dieser Schaltermatrix gesperrt sind. Dies wird dadurch erreicht, dass in der Umrichtersteuerung 34 eine Impulssperre ausgelöst wird. Diese Impulssperre wird mittels des Steuersignal S_M ausgelöst, das zu diesem Zeitpunkt einen Low-Pegel aufweist.Based on this diagram will now be in connection with the embodiment of FIG 2 in the following the method according to the invention will be explained:
As long as the actual voltage value U _C , that at the backup capacitor 26 applied voltage greater than the sum of a predetermined voltage setpoint U * C and the hysteresis is H, comprises the control signal S at the output of the regulator _UV 32 a high level on. That means the backup capacitor 26 has sufficient voltage so that the switch matrix of the matrix converter 2 is fully open during power failure. As a result, the machine current i _M is stationary in the stationary case. This state of the switch matrix is achieved when all bidirectional power semiconductor switches of this switch matrix are disabled. This is achieved in that in the inverter control 34 a pulse lock is triggered. This pulse inhibit is triggered by the control signal S _M , which has a low level at this time.

Sinkt der Spannungs-Istwert U_C der am Stützkondensator 26 anstehenden Versorgungsspannung derart ab, dass dieser kleiner oder gleich der Differenz des vorbestimmten Spannungs-Sollwertes U*C und der Hysterese ist, wechselt der Pegel des Steuersignals S_UV am Ausgang des Reglers 32 von high nach low. Damit wird angezeigt, dass der Stützkondensator 26 Unterspannung hat. Zur Aufrechterhaltung der Versorgungsspannung der Umrichterelektronik 18 muss nun der Stützkondensator 26 nachgeladen werden. Dies wird dadurch erreicht, dass solange das Steuersignal S_UV low ist, die Schaltermatrix abwechselnd in einen Zustand ”Kurzschluss” und in einen Zustand ”Offener Kreis” geschaltet wird. Die Zeitspannen für den Zustand ”Kurzschluss” und für den Zustand ”Offener Kreis” sind hier identisch, d. h., das Verhältnis ist 1:1.The actual voltage value U _C of the backup capacitor drops 26 pending supply voltage such that it is less than or equal to the difference of the predetermined voltage setpoint U * C and the hysteresis is, the level of the control signal S _{UV changes} at the output of the regulator 32 from high to low. This indicates that the backup capacitor 26 Has undervoltage. To maintain the supply voltage of the converter electronics 18 now has the backup capacitor 26 be reloaded. This is achieved in that as long as the control signal S _{UV is} low, the switch matrix is switched alternately into a state "short circuit" and in an state "open circuit". The time periods for the state "short circuit" and for the state "open circuit" are identical here, ie, the ratio is 1: 1.

Der Zustand ”Kurzschluss” wird dadurch erreicht, dass die bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter der Schaltermatrix des Matrixumrichters 2 dermaßen angesteuert werden, dass ein Nullzeiger aktiviert ist. Der Zustand ”Offener Kreis” wird durch Sperren aller Leistungshalbleiter erreicht. Wenn die Schaltermatrix einen Nullzeiger aktiv schaltet, steigt der Maschinenstrom an, wodurch ebenfalls in der Streuinduktivität der Energieinhalt ansteigt. Nach Ablauf der Zeitspanne für die Aufschaltung eines Pulszeigers wird die Schaltermatrix in den Zustand ”Offener Kreis” mittels einer Impulssperre ge bracht. Während dieses Zustandes wird die in der Streuinduktivität gespeicherte Energie in den Stützkondensator 26 der Stromversorgung 20 der Umrichterelektronik 18 transportiert. Dazu fliesst der Maschinenstrom i_M als Umladestrom, der mit der Zeit abnimmt. Ist die gesamte in der Streuinduktivität gespeicherte Energie in den Stützkondensator 26 transportiert, ist der Maschinenstrom i_M wieder Null.The "short circuit" state is achieved by the bidirectional power semiconductor switches of the matrix matrix of the matrix converter 2 be driven so that a null pointer is activated. The state "open circuit" is achieved by blocking all power semiconductors. When the switch matrix activates a null pointer, the machine current increases, which also increases the energy content in the leakage inductance. After the expiration of the period for the connection of a pulse hand, the switch matrix is placed in the state "open circle" by means of a pulse lock ge. During this condition, the energy stored in the leakage inductance becomes the backup capacitor 26 the power supply 20 the converter electronics 18 transported. For this purpose, the machine current i _{M flows} as a recharging current, which decreases over time. Is the total energy stored in the leakage inductance in the backup capacitor 26 transported, the machine current i _M is zero again.

Dieser Wechsel vom Zustand ”Kurzschluss” zum Zustand ”Offener Kreis” wiederholt sich mit ediner definierten zeitlichen Abfolge solange, bis der Spannungs-Istwert U_C der Versorgungsspannung wieder gleich dem Spannungs-Sollwert U^* _C ist. Diese Wechsel sind dem Steuersignal S_M der 3 entnehmbar, wobei die beiden Zeitspannen eines Wechsels gleich groß sind. Das heißt, die Zeitspannen eines Wechsels weist ein Verhältnis von 1:1 auf.This change from the state "short circuit" to the state "open circuit" repeats itself with a defined time sequence until the voltage actual value U _{C of} the supply voltage is again equal to the voltage setpoint U ^* _C. These changes are the control signal S _M of 3 removable, the two time periods of a change are the same size. That is, the time periods of a change has a ratio of 1: 1.

Mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Nachladung des Stützkondensators 26 einer Stromversorgung 20 einer Elektronik 18 eines Matrixumrichters 2 bei Netzunterbrechung getaktet nachgeladen, wobei der Ladezustand mittels eines Spannungsvergleiches ermittelt wird. Somit kann anstelle des großen Kondensators 10 ein kleiner Stützkondensator 26 verwendet werden, der nicht mehr mit temperaturanfälligen Elektrolytkondensatoren realisiert werden muss. Dadurch wird erheblich an Bauvolumen eingespart, wodurch der Matrixumrichter 2 als Ganzes kompakter aufgebaut werden kann.By means of the method according to the invention is the recharging of the backup capacitor 26 a power supply 20 an electronics 18 a matrix converter 2 Charged clocked at power interruption, the state of charge is determined by means of a voltage comparison. Thus, instead of the big capacitor 10 a small backup capacitor 26 can be used, which no longer has to be realized with temperature-sensitive electrolytic capacitors. As a result, considerable savings in construction volume, whereby the matrix converter 2 as a whole can be made more compact.

Um eine Überladung des Stützkondensators 26 bei hoher Motorspannung zu vermeiden, muss das Verhältnis ”Kurzschluss”, gekennzeichnet durch einen High-Pegel im Steuersignal S_M, zu ”Offener Kreis”, gekennzeichnet durch einen Low-Pegel im Steuersignal S_M, klein gewählt werden. Soll aber eine ausreichende Nachladung des Stützkondensators 26 bei niedrigen Motorspannungen erreicht werden, so ist ein großer Wert zu wählen. Sollen beide Punkte berücksichtigt werden, so erfolgt eine zeitgesteuerte Veränderung des Verhältnisses von kleinen zu großen Verhältnissen zwischen den Zuständen ”Kurzschluss” und ”Offener Kreis”.To overload the backup capacitor 26 to avoid high motor voltage, the ratio "short circuit", characterized by a high level in the control signal S _M , to "open circle", characterized by a low level in the control signal S _M , small must be selected. But if a sufficient recharge of the backup capacitor 26 At low motor voltages can be achieved, so a large value to choose. If both points are taken into account, a time-controlled change of the ratio of small to large ratios between the states "short circuit" and "open circle" occurs.

Mittels diesem erfindungsgemäßen Verfahren kann im Falle einer Kurzunterbrechung des versorgenden Netzes die Elektronik 18 eines Matrixumrichters 2 bis zur Wiederkehr der Netzspannung versorgt werden, wobei auf einen Kondensator 10 einer Überspannungsschutzvorrichtung 4 verzichtet werden kann. Somit kann eine handelsübliche Stromversorgung eines Spannungszwischenkreis-Umrichters verwendet werden. Dadurch verringert sich das Bauvolumen eines Matrixumrichters erheblich.By means of this method according to the invention, in the case of a short interruption of the supplying network, the electronics 18 a matrix converter 2 be supplied to the return of the mains voltage, with a capacitor 10 an overvoltage protection device 4 can be waived. Thus, a commercial power supply of a voltage source inverter can be used. This significantly reduces the overall volume of a matrix converter.

Claims

Method for maintaining a supply voltage (U _C ) of a power supply ( 20 ) an electronics ( 18 ) of a matrix converter ( 2 ) at mains interruption, this power supply ( 20 ) a mains and load side diode bridge ( 22 . 24 ), a DC / DC converter ( 16 ) and a backup capacitor ( 26 ), which connects the two diode bridges ( 22 . 24 ) are connected to each other on the DC side and wherein the DC / DC converter ( 16 ) on the input side electrically in parallel with the backup capacitor ( 26 ) and the output side with the electronics ( 18 ), with the following method steps: a) monitoring of the supply voltage (U _C ) with respect to a predetermined voltage setpoint ( U * C ), taking into account a predetermined hysteresis (H), b) activation of a zero pointer for the matrix converter ( 2 ) for a predetermined time after a difference between supply voltage (U _C ) and the predetermined voltage setpoint ( U * C ) has fallen below a lower hysteresis threshold, c) activation of a pulse inhibit for the matrix converter ( 2 ) after the expiration of the predetermined time for a zero pointer until an occurring Umladestrom (I _M ) is zero, and d) between zero pointer and pulse inhibit according to a fixed pattern back and forth until a determined difference between the supply voltage (U _C ) and the predetermined voltage Setpoint ( U * C ) has exceeded an upper hysteresis threshold.

Method according to claim 1, characterized in that that in the specified pattern the ratio between the zero pointer and Pulse lock is constant.

Method according to claim 1, characterized in that that in the specified pattern the ratio between the zero pointer and Pulse lock is variable.

Method according to claim 3, characterized that set the ratio between the null pointer and the Pulse lock increases with increasing time.

Apparatus for carrying out the method according to claim 1 with a power supply ( 20 ) an electronics ( 18 ) of a matrix converter ( 2 ) at mains interruption, this power supply ( 20 ) a mains and load side diode bridge ( 22 . 24 ), a DC / DC converter ( 16 ) and a backup capacitor ( 26 ), which connects the two diode bridges ( 22 . 24 ) are connected together on the DC voltage side, wherein the DC / DC converter ( 16 ) on the input side electrically in parallel with the backup capacitor ( 26 ) and the output side with the electronics ( 18 ), characterized in that a voltage detection ( 28 ), a comparator ( 30 ) and a controller ( 32 ), wherein the voltage detection ( 28 ) on the input side electrically parallel to the backup capacitor ( 26 ) of the power supply ( 20 ) and output side with a non-inverting input of the comparator ( 30 ), at whose inverting input a predetermined voltage setpoint (U ^* _C ) is present, and wherein the controller ( 32 ) on the input side with an output of the comparator ( 30 ) and on the output side with a controller ( 34 ) of the matrix converter ( 2 ) connected is.

Device according to claim 5, characterized in that the regulator ( 32 ) is a hysteresis controller.

Device according to claim 5 or 6, characterized in that the comparator ( 30 ) and controls ( 32 ) is a comparator.