DE102023201739A1 - Power converter and operating method for a power converter - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Stromrichter zur Versorgung einer angeschlossenen Last aus einem angeschlossenen Versorgungsnetz angegeben, wobei der Stromrichter eine Mehrzahl von steuerbaren Halbleiter-Schaltelementen und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Halbleiter-Schaltelemente aufweist und wobei die Steuereinrichtung ausgestaltet ist, wenigstens einen Testzeitpunkt zu bestimmen, zu dem Testzeitpunkt zu ermitteln, ob die vom Stromrichter der angeschlossenen Last bereitgestellte Leistung geringer als ein Schwellwert ist und wenn das der Fall ist, für höchstens eine festlegbare Zwischenlastdauer in einen Sonder-Betriebsmodus zu wechseln, in dem der Stromrichter Blindleistung mit dem Versorgungsnetz austauscht, wobei der Betrag der Blindleistung wenigstens der Schwellwert ist. A power converter for supplying a connected load from a connected supply network is specified, wherein the power converter has a plurality of controllable semiconductor switching elements and a control device for controlling the semiconductor switching elements, and wherein the control device is designed to determine at least one test time, to determine at the test time whether the power provided by the power converter of the connected load is less than a threshold value, and if this is the case, to switch to a special operating mode for at most a definable intermediate load period, in which the power converter exchanges reactive power with the supply network, wherein the amount of the reactive power is at least the threshold value.
Description
Die Erfindung betrifft einen Stromrichter mit einer Mehrzahl von steuerbaren Halbleiter-Schaltelementen und einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Halbleiter-Schaltelemente sowie ein Betriebsverfahren für einen solchen Stromrichter.The invention relates to a power converter with a plurality of controllable semiconductor switching elements and a control device for controlling the semiconductor switching elements, as well as an operating method for such a power converter.
Die Lebensdauer von steuerbaren Halbleiter-Schaltelementen wie beispielsweise IGBTs (IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor) oder MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) wird von ihrer Temperatur beeinflusst. Speziell die Sperrschicht-Temperatur (engl. junction temperature) des Schaltelements spielt dabei eine große Rolle. Die Temperatur ist im laufenden Betrieb ständigen Änderungen unterworfen. In sog. Halbleiter-Modulen mit mehreren Halbleiter-Schaltelementen kann sich auch die Temperatur der einzelnen Schaltelemente unterscheiden trotz gleichartiger Betriebssituation. Der Ausfall eines einzelnen Schaltelements bewirkt in der Praxis häufig einen Ausfall des gesamten Moduls. Die Lebensdauer von einzelnen Schaltelementen ist daher von zentraler Bedeutung.The service life of controllable semiconductor switching elements such as IGBTs (IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor) or MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) is influenced by their temperature. The junction temperature of the switching element in particular plays a major role. The temperature is subject to constant changes during operation. In so-called semiconductor modules with several semiconductor switching elements, the temperature of the individual switching elements can also differ despite the same operating situation. In practice, the failure of a single switching element often causes the entire module to fail. The service life of individual switching elements is therefore of central importance.
Verschiedene Vorgehensweisen sind bekannt, um die Lebensdauer der in einem Stromrichter eingesetzten Halbleiter-Schaltelemente zu erhöhen. Aus „Active thermal management for a single-phase H-Bridge inverter employing switching frequency control“, 2015, PCIM ist bekannt, die Schaltfrequenz zwischen 10 kHz und 30 kHz zu variieren. In Zeiträumen geringer Last wird die Schaltfrequenz und damit die Temperatur der Halbleiter-Schaltelemente - relativ zu einem Betrieb bei geringerer Schaltfrequenz - erhöht. In Zeiträumen hoher Last wird dagegen die Schaltfrequenz und damit die Temperatur der Halbleiter-Schaltelemente - relativ zu einem Betrieb bei höherer Schaltfrequenz - verringert. Dadurch ergibt sich eine geringere Variation der Temperatur.Various approaches are known to increase the service life of the semiconductor switching elements used in a power converter. From "Active thermal management for a single-phase H-Bridge inverter employing switching frequency control", 2015, PCIM, it is known to vary the switching frequency between 10 kHz and 30 kHz. During periods of low load, the switching frequency and thus the temperature of the semiconductor switching elements is increased - relative to operation at a lower switching frequency. During periods of high load, on the other hand, the switching frequency and thus the temperature of the semiconductor switching elements is reduced - relative to operation at a higher switching frequency. This results in a smaller variation in temperature.
Nachteilig an dieser und anderen bekannten Methoden ist, dass sie zu einer Verschwendung von Leistung führen, speziell während länger andauernder Perioden geringer Last.The disadvantage of this and other known methods is that they lead to a waste of power, especially during prolonged periods of low load.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stromrichter und ein Betriebsverfahren für einen Stromrichter anzugeben, bei denen die Lebensdauer der eingesetzten Halbleiter-Schaltelemente erhöht ist, wobei insbesondere die eingangs genannten Probleme vermindert sind.It is an object of the present invention to provide a power converter and an operating method for a power converter in which the service life of the semiconductor switching elements used is increased, wherein in particular the problems mentioned at the outset are reduced.
Diese Aufgabe wird durch einen Stromrichter mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Eine weitere Lösung besteht in einem Betriebsverfahren mit den in Anspruch 13 angegebenen Merkmalen.This object is achieved by a power converter having the features specified in
Der erfindungsgemäße Stromrichter ist ausgestaltet zur Versorgung einer angeschlossenen Last aus einem angeschlossenen Versorgungsnetz. Er umfasst eine Mehrzahl von steuerbaren Halbleiter-Schaltelementen und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Halbleiter-Schaltelemente.The power converter according to the invention is designed to supply a connected load from a connected supply network. It comprises a plurality of controllable semiconductor switching elements and a control device for controlling the semiconductor switching elements.
Die Steuereinrichtung ist ausgestaltet ist, wenigstens einen Testzeitpunkt zu bestimmen. Sie ist weiterhin ausgestaltet, zu dem Testzeitpunkt zu ermitteln, ob die vom Stromrichter der angeschlossenen Last bereitgestellte Leistung geringer als ein Schwellwert ist. Wenn das der Fall ist, wechselt die Steuereinrichtung für höchstens eine festlegbare Zwischenlastdauer in einen Sonder-Betriebsmodus, in dem der Stromrichter Blindleistung mit dem Versorgungsnetz austauscht, wobei der Betrag der Blindleistung wenigstens der Schwellwert ist.The control device is designed to determine at least one test time. It is further designed to determine at the test time whether the power provided by the power converter of the connected load is less than a threshold value. If this is the case, the control device switches to a special operating mode for at most a definable intermediate load period, in which the power converter exchanges reactive power with the supply network, the amount of the reactive power being at least the threshold value.
Bei dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren für einen Stromrichter wird wenigstens ein Testzeitpunkt bestimmt und zu dem Testzeitpunkt, also bei Erreichen des Testzeitpunkts, ermittelt, ob die vom Stromrichter abgegebene Leistung geringer als ein Schwellwert ist. Ist das der Fall, wird für höchstens eine festlegbare Zwischenlastdauer in einen Sonder-Betriebsmodus gewechselt, in dem der Stromrichter Blindleistung bereitstellt, wobei der Betrag der Blindleistung wenigstens der Schwellwert ist.In the operating method according to the invention for a power converter, at least one test time is determined and at the test time, i.e. when the test time is reached, it is determined whether the power delivered by the power converter is less than a threshold value. If this is the case, a change is made to a special operating mode for a maximum of a definable intermediate load period in which the power converter provides reactive power, the amount of the reactive power being at least the threshold value.
Bei dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren für einen Stromrichter zur Versorgung einer angeschlossenen Last aus einem angeschlossenen Versorgungsnetz wird wenigstens ein Testzeitpunkt bestimmt, zu dem Testzeitpunkt ermittelt, ob die vom Stromrichter der angeschlossenen Last bereitgestellte Leistung geringer als ein Schwellwert ist. Ist das der Fall, wird für höchstens eine festlegbare Zwischenlastdauer in einen Sonder-Betriebsmodus gewechselt, in dem der Stromrichter Blindleistung mit dem Versorgungsnetz austauscht, wobei der Betrag der Blindleistung wenigstens der Schwellwert ist.In the operating method according to the invention for a power converter for supplying a connected load from a connected supply network, at least one test time is determined at which test time it is determined whether the power provided by the power converter to the connected load is less than a threshold value. If this is the case, a change is made to a special operating mode for a maximum of a definable intermediate load period in which the power converter exchanges reactive power with the supply network, the amount of the reactive power being at least the threshold value.
Durch die genannte Vorgehensweise wird erreicht, dass in Bereichen geringer Last Wärme erzeugt wird. Dadurch werden die Materialien des Schalters in einem elastischen Zustand gehalten, sodass der Einfluss der Schaltvorgänge auf die Lebensdauer verringert wird und die Lebensdauer insgesamt ansteigt. Dies ist ein überraschender Effekt, da normalerweise davon ausgegangen wird, dass eine erhöhte Temperatur zu einer verringerten Lebensdauer führt.The above approach results in heat being generated in areas of low load. This keeps the switch materials in an elastic state, reducing the influence of switching operations on the service life and increasing the overall service life. This is a surprising effect, as it is normally assumed that an increased temperature leads to a reduced service life.
Hinweise auf diesen Effekt finden sich beispielsweise in „Power cycling results of high power IGBT modules close to 50 Hz heating Process“, PCIM 2019, Chemnitz und „Impact of Thermal Cycling Frequency on IGBT Power Module Lifetime“, PCIM 2022, Montpellier University.References to this effect can be found, for example, in “Power cycling results of high power IGBT modules close to 50 Hz heating process”, PCIM 2019, Chemnitz and “Impact of Thermal Cyc ling Frequency on IGBT Power Module Lifetime”, PCIM 2022, Montpellier University.
Vorteilhaft kann so eine Verbesserung der Haltbarkeit eines Halbleiter-Schaltelements erreicht werden und dabei aber die Verluste gegenüber anderen, bekannten Verfahren verringert werden.This can advantageously improve the durability of a semiconductor switching element while reducing losses compared to other known methods.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Stromrichters und Verfahrens gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor. Dabei kann die Ausführungsform der unabhängigen Ansprüche mit den Merkmalen eines der Unteransprüche oder vorzugsweise auch mit denen aus mehreren Unteransprüchen kombiniert werden. Demgemäß können noch zusätzlich folgende Merkmale vorgesehen werden:
- Es ist zweckmäßig, den Sonder-Betriebsmodus zu beenden, wenn der Stromrichter wieder hohe Leistung bereitstellen muss. Die Zwischenlastdauer stellt daher einen maximalen Wert dar, der nur eingehalten wird, wenn der Stromrichter während der Zwischenlastdauer keine Leistung an angeschlossene Lasten bereitstellen muss.
- It is advisable to end the special operating mode when the converter has to provide high power again. The intermediate load duration therefore represents a maximum value that is only maintained if the converter does not have to provide power to connected loads during the intermediate load duration.
Die Steuereinrichtung kann weiterhin ausgestaltet sein, Testzeitpunkte so zu bestimmen, dass sie periodisch mit einer festlegbaren Frequenz auftreten. Die Testzeitpunkte treten also mit anderen Worten in festen Intervallen auf. Ihre Lage ist daher auch vorab bekannt. Wird bei einem Testzeitpunkt gerade eine Leistung abgegeben, die geringer ist als der Schwellwert, wird in den Sonder-Betriebsmodus gewechselt, ansonsten nicht.The control device can also be designed to determine test times so that they occur periodically with a definable frequency. In other words, the test times occur at fixed intervals. Their location is therefore also known in advance. If a power is being delivered at a test time that is lower than the threshold value, the system switches to the special operating mode, otherwise not.
Die Steuereinrichtung kann ausgestaltet sein, als Frequenz wenigstens 5 Hz zu verwenden. Mit anderen Worten treten die Testzeitpunkte zumindest alle 200 ms auf, bei höheren Frequenzen in geringeren Abständen. Das ist vorteilhaft, da der Effekt der Verlängerung der Lebensdauer tritt vor allem bei Frequenzen der Zwischenaufheizung von wenigstens 5 Hz auftritt.The control device can be designed to use a frequency of at least 5 Hz. In other words, the test times occur at least every 200 ms, and at shorter intervals at higher frequencies. This is advantageous because the effect of extending the service life occurs primarily at intermediate heating frequencies of at least 5 Hz.
Die Steuereinrichtung kann in einer alternativen Fortbildung der Erfindung ausgestaltet sein, einen Zeitraum einer festlegbaren Mindestlänge zu detektieren, in dem die abgegebene Leistung unter einem Schwellwert verbleibt und sodann den Testzeitpunkt innerhalb des detektierten Zeitraums nach Ablauf einer Wartezeit festzulegen. Bei dieser Ausgestaltung werden also die Testzeitpunkte nicht in festen Intervallen bestimmt, sondern werden abhängig von der tatsächlichen Leistungsabgabe festgelegt. Hierfür wird versucht, einen Zeitraum zu finden, in dem die abgegebene Leistung für den gesamten Zeitraum den Schwellwert nicht überschreitet. Der Testzeitpunkt wird dann innerhalb des Zeitraums so bestimmt, dass er um die Wartezeit versetzt nach Beginn des Zeitraums liegt.In an alternative development of the invention, the control device can be designed to detect a period of a definable minimum length in which the output power remains below a threshold value and then to set the test time within the detected period after a waiting time has elapsed. In this design, the test times are not determined at fixed intervals, but are determined depending on the actual power output. To do this, an attempt is made to find a period in which the output power does not exceed the threshold value for the entire period. The test time is then determined within the period so that it is offset by the waiting time after the start of the period.
Die Steuereinrichtung kann ausgestaltet sein, als Mindestlänge des Zeitraums 200 ms zu verwenden, insbesondere 100 ms oder 50 ms. Hier gilt wiederum, dass der Effekt der Verlängerung der Lebensdauer vor allem bei Frequenzen der Zwischenaufheizung von wenigstens 5 Hz auftritt. Eine solche Frequenz wird durch die genannten Zeiträume eingehalten.The control device can be designed to use 200 ms as the minimum length of the period, in particular 100 ms or 50 ms. Here again, the effect of extending the service life occurs primarily at intermediate heating frequencies of at least 5 Hz. Such a frequency is maintained by the periods mentioned.
Die Steuereinrichtung kann ausgestaltet sein, als Wartezeit die Mindestlänge des Zeitraums zu verwenden. Wenn der Stromrichter keine Information zu Lastzyklen hat und somit die Länge von Zeiträumen mit geringer Leistung nicht vorab bekannt sind, kann der Zeitpunkt, um in den Sonder-Betriebsmodus zu schalten, erst nach Ablauf der Mindestlänge des Zeitraums gewählt werden.The control device can be designed to use the minimum length of the period as the waiting time. If the power converter has no information on load cycles and thus the length of periods with low power is not known in advance, the time to switch to the special operating mode can only be selected after the minimum length of the period has elapsed.
Ist hingegen das Profil der abgegebenen Leistung vorab bekannt, dann kann die Steuereinrichtung ausgestaltet sein, als Wartezeit eine von der Mindestlänge des Zeitraums verschiedene Zeit zu verwenden. Die Prüfung, ob ein solcher Zeitraum vorliegt, kann in diesem Fall anstelle von anhand von Messungen anhand von gespeicherten Daten erfolgen. Der Testzeitpunkt kann dann zu einem beliebigen Zeitpunkt innerhalb des Zeitraums liegen, da der Zeitraum vorab bekannt ist.If, however, the profile of the power delivered is known in advance, the control device can be designed to use a waiting time that differs from the minimum length of the period. In this case, the check to see whether such a period exists can be carried out using stored data instead of measurements. The test time can then be at any time within the period, since the period is known in advance.
Die Steuereinrichtung kann ausgestaltet sein, als Zwischenlastdauer wenigstens 20 ms, insbesondere wenigsten 50 ms zu verwenden. Die Zwischenlastdauer kann weiterhin weniger als 100 ms betragen. Mit einer solche Zwischenlastdauer wird ein Ausgleich zwischen der Wirkung der Lebensdauerverlängerung und einer generell erhöhten Durchschnittstemperatur geschaffen.The control device can be designed to use at least 20 ms, in particular at least 50 ms, as the intermediate load duration. The intermediate load duration can also be less than 100 ms. With such an intermediate load duration, a balance is created between the effect of the service life extension and a generally increased average temperature.
Die Steuereinrichtung kann ausgestaltet sein, als umgesetzte Blindleistung wenigstens 10%, insbesondere wenigstens 25% der Nennleistung des Stromrichters zu verwenden. Weiterhin kann die Steuereinrichtung ausgestaltet sein, als umgesetzte Blindleistung höchstens 75% der Nennleistung des Stromrichters zu verwenden. Damit wird die Temperatur ausreichend erhöht, aber eine unnötige Belastung der Bauteile vermieden.The control device can be designed to use at least 10%, in particular at least 25%, of the rated power of the power converter as converted reactive power. Furthermore, the control device can be designed to use at most 75% of the rated power of the power converter as converted reactive power. This increases the temperature sufficiently, but avoids unnecessary stress on the components.
Der Stromrichter kann beispielsweise ein dreiphasiger Zwei-Level-Umrichter sein. Es kommen aber auch beliebige andere Stromrichter in Betracht wie Mehr-Level-Stromrichter.The power converter can be, for example, a three-phase two-level converter. However, any other power converters can also be considered, such as multi-level power converters.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Umrichter mit einer Steuereinrichtung, -
2 ein erstes Steuerverfahren, -
3 ein zweites Steuerverfahren, -
4 einen Temperaturverlauf bei einem Betrieb des Umrichters ohne das Steuerverfahren, -
5 einen Temperaturverlauf bei einem Betrieb des Umrichters mit dem Steuerverfahren.
-
1 a converter with a control device, -
2 a first tax procedure, -
3 a second tax procedure, -
4 a temperature curve when the converter is operated without the control method, -
5 a temperature curve when operating the converter with the control method.
Der Gleichrichter 12 als auch der Wechselrichter 14 umfassen jeweils drei parallelgeschaltete Halbbrücken aus jeweils zwei seriell angeordneten IGBTs 18. Die Mittelpunkte der Halbbrücken bilden dabei beim Gleichrichter 12 die Eingangsanschlüsse 13a...c und beim Wechselrichter 14 die Ausgangsanschlüsse 15a...c. Mit den Eingangsanschlüssen 13a...c ist der Umrichter 10 an ein Versorgungsnetzwerk 20 angeschlossen, beispielsweise ein 400 V-Ortsnetzwerk. An die Ausgangsanschlüsse 15a...c ist eine Last 29, beispielsweise ein Elektromotor angeschlossen. Die oberen Außenanschlüsse aller Halbbrücken sind untereinander und mit dem oberen Anschluss des Gleichspannungs-Zwischenkreises 16 verbunden. Ebenso sind die unteren Außenanschlüsse aller Halbbrücken untereinander und mit dem unteren Anschluss des Gleichspannungs-Zwischenkreises 16 verbunden.The
Die IGBTs 18 umfassen jeweils einen Steueranschluss 19 (Gate). Die Steueranschlüsse 19 sind mit einer Steuereinrichtung 11 verbunden. Die Steuereinrichtung 11 bestimmt in bekannter Weise nach einem Steuerverfahren, beispielsweise einer Pulsweitenmodulation, Schaltzeitpunkte für die IGBTs 18 und gibt entsprechende Signale an die Steueranschlüsse 19 aus. Diese Signale haben im laufenden Betrieb und unter Last eine Frequenz, die vom Typ des Umrichters und vom Typ der verwendeten Halbleiterschalter abhängt, aber in diesem Beispiel 16 kHz beträgt.The
Die auftretenden Leitungsverluste und Schaltverluste sorgen dafür, dass unter Last alle IGBTs 18 aufgeheizt werden auf eine sehr variable Temperatur, die beispielsweise im Bereich von 120 °C liegen kann. In Zeiträumen mit geringer Last oder ohne Last hingegen geht die Temperatur der IGBTs 18 auf in etwa Raumtemperatur zurück, je nach Dauer einer Phase ohne Last und anderer Umgebungseinflüsse.The resulting conduction losses and switching losses ensure that under load all
Dieser Temperaturverlauf ist beispielhaft in
Nach t = 0,4 s endet die Bereitstellung von Leistung und der Umrichter 10 muss keine Leistung mehr abgeben bis t = 1 s. In diesem Zeitraum fällt die Temperatur der IGBTs 18 mit Zeitkonstanten von etwas weniger als 0,1 s auf in etwa die Umgebungstemperatur ab.After t = 0.4 s, the provision of power ends and the
Um bei einem solchen oder ähnlichen Leistungsverlauf die Lebensdauer der IGBTs 18 möglichst geringfügig zu belasten, wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel für die Erfindung ein Steuerverfahren angewendet, das in
Das Steuerverfahren gemäß
In einem ersten Schritt 21 prüft die Steuereinrichtung 11, ob die aktuell der Last 29 bereitgestellte Leistung unterhalb eines Schwellwerts liegt. Der Schwellwert wird dabei so gelegt, dass ermittelt wird, ob ein Zeitraum geringfügiger Leistungsabgabe vorliegt. In diesem Beispiel wird als Schwellwert 10 % der Nennleistung des Umrichters verwendet. Beträgt diese 30 kW, beträgt der Schwellwert also 3 kW. Solange das nicht der Fall ist, verbleibt die Steuereinrichtung 11 in diesem ersten Schritt 21.In a
Es versteht sich, dass für eine Prüfung der Leistungsbereitstellung mehrere Möglichkeiten existieren. Es muss nicht zwingend die elektrische Leistung im Sinne eines Strom-Spannungsprodukt betrachtet werden, sondern die Steuereinrichtung 11 kann auch Strom oder Spannung allein betrachten oder auch nur das Schaltmuster der IGBTs 18. Es reicht die Feststellung, dass eine die Leistungsbereitstellung darstellende Größe mit einem Schwellwert verglichen wird. Im vorliegenden Text wird Leistung, Leistungsbereitstellung und Leistungsabgabe synonym verwendet.It is clear that there are several options for testing the power supply. It is not necessary to measure the electrical power in the sense of a current-voltage product but the control device 11 can also consider current or voltage alone or just the switching pattern of the
Unterschreitet die Leistungsabgabe den Schwellwert, wechselt die Steuereinrichtung in den zweiten Schritt 22. Im zweiten Schritt 22 prüft die Steuereinrichtung, ob die Leistungsabgabe den Schwellwert überschreitet. Ist das der Fall, kehrt die Steuereinrichtung 11 in den ersten Schritt zurück. Weiterhin prüft die Steuereinrichtung 11, ob seit dem Wechseln in den zweiten Schritt ein Zeitintervall von einer festlegbaren Mindestlänge vergangen ist. Solange das nicht der Fall ist und die Leistungsabgabe unterhalb des Schwellwerts verbleibt, bleibt die Steuereinrichtung 11 auch im zweiten Schritt 22.If the power output falls below the threshold value, the control device switches to the
Die Überprüfung, ob ein Zeitraum geringfügiger Last vorliegt, passiert dabei laufend. Beispielsweise kann die Steuerung einen ersten Zeitpunkt speichern, sobald die Last den Schwellwert unterschreitet. In der Folge wird ausgerechnet, wie viel Zeit seit dem ersten Zeitpunkt vergangen ist. Überschreitet die Last wieder den Schwellwert, wird die Überprüfung ausgesetzt.The check to see whether there is a period of low load is carried out continuously. For example, the control system can save a first point in time as soon as the load falls below the threshold. It then calculates how much time has passed since the first point in time. If the load exceeds the threshold again, the check is suspended.
Ist das Zeitintervall von der Dauer der Mindestlänge verstrichen, wechselt die Steuereinrichtung 11 in einen dritten Schritt 23. In diesem dritten Schritt 23 schaltet die Steuereinrichtung 11 die Erzeugung der Schaltsignale für die IGBTs 18 so um, dass nun zusätzlich zur benötigten Leistungsabgabe, die auch 0 betragen kann, Blindleistung mit dem Versorgungsnetz 20 ausgetauscht wird. Die Blindleistung ist dabei so bemessen, dass die Temperatur der IGBTs 18 auf etwa 80 °C ansteigt. Dieser Vorgang wird als Sonder-Betriebsmodus bezeichnet. Der Blindstrom wird dabei durch geeignete Schalthandlungen der IGBTs 18 des Gleichrichters 12 aufgenommen und abgegeben.If the time interval of the minimum length has elapsed, the control device 11 changes to a
In der Folge prüft die Steuereinrichtung 11 in einem vierten Schritt 24, ob sich die benötigte Leistungsabgabe ändert. Ist das der Fall, wird die Erzeugung der Schaltsignale wieder angepasst. Übersteigt dabei die benötigte Leistung den Schwellwert, wird in diesem Beispiel der Sonder-Betriebsmodus unterbrochen und zum ersten Schritt 21 zurückgekehrt.The control device 11 then checks in a
Auch nach dem Ablauf einer Zwischenlastdauer, die in diesem Ausführungsbeispiel 50 ms beträgt, wechselt die Steuereinrichtung 11 unabhängig von der aktuellen Leistungsanforderung zurück zum ersten Schritt 21 und somit aus dem Sonder-Betriebsmodus.Even after the expiration of an intermediate load period, which in this embodiment is 50 ms, the control device 11 changes back to the
Das anhand der
In einer alternativen Ausgestaltung können die Zeiträume geringer Leistungsabgabe der Steuereinrichtung 11 bereits vorab bekannt sein, da das Lastprofil bekannt ist. In diesem Fall entfällt die laufende Überprüfung anhand der tatsächlich vorliegenden Last und es müssen lediglich vorab bekannte Zeitpunkte mit der aktuellen Zeit verglichen werden.In an alternative embodiment, the periods of low power output of the control device 11 can already be known in advance, since the load profile is known. In this case, the ongoing check based on the actual load is not necessary and only previously known points in time need to be compared with the current time.
In diesem Fall kann ein Steuerverfahren verwendet werden, das in
In einem zweiten Schritt 32 wird geprüft, ob gerade einer der sich ergebenden Zeitpunkte erreicht ist. Ist das der Fall, wechselt die Steuereinrichtung 11 in einen dritten Schritt 33. In diesem dritten Schritt 33 schaltet die Steuereinrichtung 11 die Erzeugung der Schaltsignale für die IGBTs 18 so um, dass nun zusätzlich zur benötigten Leistungsabgabe Blindleistung mit dem Versorgungsnetz 20 ausgetauscht wird. Die Blindleistung ist dabei wiederum so bemessen, dass die Temperatur der IGBTs 18 auf etwa 80 °C ansteigt. Es wird also in den Sonder-Betriebsmodus gewechselt.In a
Nach dem Ablauf der Zwischenlastdauer wechselt die Steuereinrichtung 11 zurück zum zweiten Schritt 32 und somit aus dem Sonder-Betriebsmodus. Eine Prüfung, ob die benötigte Leistungsabgabe sich ändert, ist in dieser Ausführungsform unnötig, da die Zeitpunkte bereits vorab entsprechend gefiltert wurden.After the intermediate load period has elapsed, the control device 11 switches back to the
Ein sich mit diesem Verfahren ergebender Temperaturverlauf für die IGBTs 18 des Umrichters ist in
Bei einem Intervall von 200 ms, beginnend bei t = 0 s liegen die Kandidaten für Zeitpunkte zum Umschalten in den Sonder-Betriebsmodus bei t = 0 s, t = 0,2 s, t = 0, 4 s, t = 0,6 s usw. Es ist anhand von
BezugszeichenReference symbols
- 1010
- UmrichterInverter
- 1111
- SteuereinrichtungControl device
- 1212
- aktiver Gleichrichteractive rectifier
- 13a...c13a...c
- EingangsanschlüsseInput connections
- 1414
- WechselrichterInverter
- 15a...c15a...c
- AusgangsanschlüsseOutput connections
- 1616
- Gleichspannungs-ZwischenkreisDC intermediate circuit
- 1717
- Kondensatorcapacitor
- 1818
- IGBTIGBT
- 1919
- SteuerkontaktControl contact
- 2929
- Lastload
- 2020
- VersorgungsnetzSupply network
- 21, 3121, 31
- erster Schrittfirst step
- 22, 3222, 32
- zweiter Schrittsecond step
- 23, 3323, 33
- dritter Schrittthird step
- 24, 3424, 34
- vierter Schrittfourth step
- TIGBTTIGBT
- TemperaturverlaufTemperature curve
Claims (13)
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|---|---|---|---|
| DE102023201739.3A DE102023201739A1 (en) | 2023-02-27 | 2023-02-27 | Power converter and operating method for a power converter |
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- 2023-02-27 DE DE102023201739.3A patent/DE102023201739A1/en active Pending
- 2023-12-20 WO PCT/EP2023/086816 patent/WO2024179713A1/en not_active Ceased
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024179713A1 (en) | 2024-09-06 |
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