DE4330537B4

DE4330537B4 - Frequency converter and method of operation

Info

Publication number: DE4330537B4
Application number: DE4330537A
Authority: DE
Inventors: Guenther Boesche; Rupert Weber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-09-09
Filing date: 1993-09-09
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2013-09-10
Also published as: CH690015A5; ITMI941834A1; IT1275011B; DE4330537A1; GB2281825A; ITMI941834A0; GB2281825B; GB9417704D0

Abstract

Frequenzumrichter mit einer Netzgleichrichtereinheit zur Speisung eines Gleichspannungszwischenkreises, an den wenigstens eine Wechselrichtereinheit angeschlossen ist, wobei Mittel vorgesehen sind, die während des Betriebs zu jeder Zeit die Bestimmung der Auslastung, das heißt des Verhältnisses von augenblicklicher zu im Bestimmungszeitpunkt maximal möglicher Leistung einer Umichter-Teileinheit (1) gestatten, und die Mittel zum Bestimmen der Auslastung der Umrichter-Teileinheit (1) zumindest einen Stromsensor (15) aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,
– daß die Umrichter-Teileinheit die Gleichrichtereinheit (1) ist,
– daß die Mittel zum Bestimmen der Auslastung der Gleichrichtereinheit (1) zusätzlich eine Einrichtung (17) zur Erfassung der Temperatur wenigstens eines in der Gleichrichtereinheit (1) zur Kühlung der Leistungsbauelemente vorhandenen Kühlkörpers (16) aufweisen,
– daß aus den Meßwerten für Strom und Kühlkörpertemperatur (15, 17) sowie aus halbleiterspezifischen Daten ein der Auslastung der Gleichrichtereinheit (1) entsprechendes Signal (A) ermittelt und für jede Wechselrichtereinheit (5, 6) bereitgestellt wird, und
– daß wenigstens eine Wechselrichtereinheit (5,...Frequency converter with a mains rectifier unit for supplying a DC intermediate circuit to which at least one inverter unit is connected, wherein means are provided which during operation at any time the determination of the utilization, that is the ratio of instantaneous to the determination time maximum possible power of a Umrichter unit (1) and the means for determining the utilization of the converter subunit (1) comprise at least one current sensor (15),
characterized,
- That the inverter subunit is the rectifier unit (1),
In that the means for determining the utilization of the rectifier unit (1) additionally have a device (17) for detecting the temperature of at least one heat sink (16) present in the rectifier unit (1) for cooling the power components,
- That from the measured values for current and heat sink temperature (15, 17) as well as semiconductor specific data of the utilization of the rectifier unit (1) corresponding signal (A) is determined and provided for each inverter unit (5, 6), and
- That at least one inverter unit (5, ...

Description

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung und einem Verfahren nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche 1 und 13. Eine Anordnung dieser Art ist aus der DE-OS 41 28 803 bekannt. Sie besteht aus einem Netzgleichrichter, welcher einen Gleichspannungszwischenkreis versorgt, an den mehrere Wechselrichter angeschlossen sind. Der Netzgleichrichter ist so ausgelegt, daß seine Leistungsfähigkeit der maximalen Summe der gleichzeitig von den Wechselrichtern aufgenommenen Leistungen entspricht. Zur Glättung von Spannungsspitzen sind in den Zwischenkreissträngen Drosseln angeordnet. Diese tragen zwar in geringem Maße auch zur Vermeidung einer Überlastung des Gleichrichters bei. Grundsätzlich wird jedoch bei dieser bekannten, insbesondere zur Anwendung in Maschinen konzipierten Anordnung vorausgesetzt, daß die einzelnen Wechselrichter alternierend mit hoher und niedriger Leistung betrieben werden. Ist die zeitliche Verteilung der Leistungsaufnahmen durch die Wechselrichter im voraus nicht bekannt, oder ist der Fall vorzusehen, daß mehrere der Wechselrichter zur selben Zeit mit höchster Leistung betrieben werden, muß ein auf die Summe der maximalen Leistungen des Wechselrichter ausgelegter Gleichrichter eingesetzt werden. Wird ein zu klein dimensionierter Gleichrichter eingesetzt, kann dieser zwar kurzzeitigen Überlastungen in der Regel standhalten. Länger andauernde Überlastungen führen dagegen im allgemeinen über vorhandene Schutzvorrichtungen zum Abschalten der gesamten Anlage. Andererseits ist eine Überdimensionierung aus wirtschaftlichen Gründen nicht erwünscht.The The invention is based on an arrangement and a method the genus of independent claims 1 and 13. An arrangement of this kind is known from DE-OS 41 28 803 known. It consists of a mains rectifier, which has a DC link supplied to the multiple inverters are connected. The power rectifier is designed so that its Performance of the maximum sum of simultaneously received by the inverters Services corresponds. For smoothing of voltage peaks are chokes in the DC link arranged. Although these contribute to a small extent to avoid overloading of the rectifier. in principle However, in this known, in particular for use in Machinery designed arrangement provided that the individual inverters be operated alternately with high and low power. Is the temporal distribution of power consumption by the inverters not known in advance, or is the case that several the inverter is operated at the same time with the highest power, has to be on the sum of the maximum power of the inverter designed Rectifier can be used. Is a too small sized Rectifier used, this can indeed short-term overloads usually withstand. Longer ongoing overloads to lead on the other hand, in general, over existing protection devices to shut down the entire system. On the other hand, an oversizing because of economical reasons not wanted.

DE 37 02 658 A1 offenbart einen Frequenzumrichter mit Gleichrichtereinheit, Wechselrichter sowie einem dem Wechselrichter zugeordneten Steuergerät. Das Steuergerät beinhaltet Mittel zur Prüfung, ob der über den Wechselrichter fließende Strom einen jeweils zulässigen Grenzstrom überschreitet. Dessen Wert hängt davon ab, ob der Wechselrichter bei hoher oder niedriger Umgebungstemperatur betrieben wird. Weil er bei tieferer Umgebungstemperatur einen größeren Strom liefern kann als bei höherer Temperatur, wird vorgeschlagen, den maximal zulässigen Wechselrichterstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur zu begrenzen. Zur Verbesserung der Steuergenauigkeit wird angeregt, die Außenlufttemperatur heranzuziehen. Das vorgeschlagene Konzept betrifft die Wechselrichtereinheit. Es trägt deshalb zur Vermeidung von Überlastungen des zugeordneten Gleichrichters nicht bei. Jener ist so zu dimensionieren, daß er die maximal vom Wechselrichter anforderbare Leistung erbringen kann. DE 37 02 658 A1 discloses a frequency converter with rectifier unit, inverter and a controller associated with the inverter. The control unit contains means for checking whether the current flowing through the inverter exceeds a permissible limit current. Its value depends on whether the inverter is operated at high or low ambient temperature. Because it can deliver a larger current at a lower ambient temperature than at a higher temperature, it is proposed to limit the maximum permissible inverter current as a function of the ambient temperature. To improve the control accuracy, it is suggested to use the outside air temperature. The proposed concept concerns the inverter unit. It therefore does not contribute to avoid overloading the associated rectifier. The latter must be dimensioned so that it can provide the maximum power that can be requested by the inverter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Umrichter mit mehreren von demselben Zwischenkreis gespeisten Antrieben dahin weiterzubilden, daß das Auftreten länger andauernder Überlastungen sowie kurzzeitiger extremer Lastspitzen im Gleichrichter vermieden wird.Of the Invention is based on the object, a converter with several continue to train drives powered by the same DC link that this Occur longer ongoing overloads and short-term extreme load peaks in the rectifier avoided becomes.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung und ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 13. Eine erfindungsgemäße Anordnung gestattet es durch Überwachung der Auslastung – das heißt das Verhältnis der momentanen zur jeweils maximal möglichen Leistung – der Gleichrichtereinheit zuverlässig deren Überlastung zu vermeiden. Zugleich wird damit das Abschalten der gesamten Anlage wegen Überlastung vermieden. Die Gleichrichtereinheit kann dadurch stets an ihrer Leistungsgrenze betrieben und somit optimal ausgenutzt werden. Dies wiederum erlaubt eine verhältnismäßig kleine und deshalb kostengünstige Realisierung der Gleichrichtereinheit.These Task is solved by an arrangement and a method having the characterizing features the independent one claims 1 and 13. An inventive arrangement allows it through monitoring the utilization - the is called The relationship the momentary to the maximum possible power - the rectifier unit reliable their overload to avoid. At the same time it will shut down the entire system because of overload avoided. The rectifier unit can thus always on their Power limit operated and thus be optimally utilized. This again allows a relatively small and therefore inexpensive Realization of the rectifier unit.

Es wird jeder Wechselrichtereinheit ein der ermittelten Auslastung der Gleichrichtereinheit entsprechendes Signal mitgeteilt, damit diese die von ihr aus dem Zwischenkreis aufgenommene beziehungsweise die in diesen zurückgespeiste Leistung auf die mitgeteilte Auslastung der Gleichrichtereinheit abstimmen kann. Im Falle einer Überlastung erfolgt die Abstimmung zweckmäßig, indem jede Wechselrichtereinheit die von ihr aus dem Zwischenkreis aufgenommene beziehungsweise in diesen zurückgespeiste Leistung verringert. Sinnvoll wird die Abstimmung der Wechselrichtereinheiten auf die Gleichrichterleistung durch eine übergeordnete Steuerung koordiniert, der hierzu im Überlastungsfall ein Warnsignal übermittelt wird.It Each inverter unit is one of the determined utilization notified the rectifier unit corresponding signal, so these are the ones taken out of the DC link by her which fed back into these Power to the reported utilization of the rectifier unit can vote. In case of overload the vote is appropriate by: each inverter unit picked up by it from the DC link or fed back into these Performance reduced. It makes sense to tune the inverter units coordinated to the rectifier power by a higher level control, this in case of overload sends a warning signal becomes.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.advantageous Embodiments and expedient developments The invention will become apparent from the dependent claims.

Zur Bestimmung der jeweils aktuellen Auslastung der Gleichrichtereinheit werden vorteilhaft 2- oder 3-phasig der Strom, die Temperatur der Umgebung und die Schaltfrequenz der Leistungshalbleiter im Gleichrichter herangezogen. Weiterhin empfiehlt es sich, die Sperrschichttemperatur der Leistungshalbleiter zu berücksichtigen, welche vorteilhaft mit Hilfe eines mathematischen Modells ermittelt wird.to Determination of the current utilization of the rectifier unit be advantageous 2- or 3-phase current, the temperature of the Environment and the switching frequency of the power semiconductors in the rectifier used. Furthermore, it is recommended that the junction temperature to consider the power semiconductor, which advantageously determined by means of a mathematical model becomes.

Besonders vorteilhaft ist ferner, die Phasenleitungen des Netzanschlusses einzeln auf Ausfall zu überwachen. Bei einphasigem Netzausfall, Ausfall eines Leistungshalbleitern oder Ausfall eines von mehreren parallelgeschalteten Gleichrichtern wird die Anlage nicht abgeschaltet, sondern mit verminderter Leistung weiterbetrieben.It is also particularly advantageous to monitor the phase lines of the network connection individually for failure. In single-phase power failure, failure of a power semiconductors or failure of one of several parallel rectifiers, the system is not switched off, but with reduced Performance continued.

Zweckmäßig sind die Mittel zum Bestimmen der Auslastung der Gleichrichtereinheit direkt in dieser angeordnet. Das die Auslastung bezeichnende Signal ist sinnvoll ein Digitalsignal, welches über eine Busleitung den Wechselrichtereinheiten zugeführt wird. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß Auslastungssignal als Pulsdauer zu codieren, wobei die Länge des Pulses der Auslastung entspricht.Are useful the means for determining the utilization of the rectifier unit arranged directly in this. The signal indicating the load is useful a digital signal, which via a bus line the inverter units is supplied. It is particularly advantageous that utilization signal as the pulse duration to code, with the length the pulse of the load corresponds.

Bevorzugt angewendet wird die vorgeschlagene Anordnung zur Versorgung der Antriebe einer numerisch gesteuerten Maschine.Prefers the proposed arrangement is used to supply the Drives of a numerically controlled machine.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.following is an embodiment of Invention with reference to the drawing explained.

Zeichnungdrawing

Die Figur zeigt einen erfindungsgemäßen Umrichter.The FIG. 1 shows a converter according to the invention.

Beschreibungdescription

Der in der Figur dargestellte Umrichter ist über eine Gleichrichtereinheit 1 mit einem, im allgemeinen dreiphasigen, Wechselstromnetz 2 verbunden. Die Ausgangsseite der Gleichrichtereinheit 1 speist einen Gleichspannungszwischenkreis 3. Zur Stabilisierung der Zwischenkreisspannung können Glättungsmittel 4, in der Figur beispielhaft ein Kondensator, vorgesehen sein. An den Zwischenkreis 3 sind mehrere Wechselrichter 6 angeschlossen, die ausgangsseitig jeweils einen vorzugsweise kollektorlosen Elektromotor 7, insbesondere einen Servoantrieb vorsorgen. Gleichrichtereinheit 1 und Wechselrichter 6 sind zweckmäßig so ausgeführt, daß der Umrichter auch als Rückspeiseumrichter betreibbar ist. Hauptbestandteile der Gleichrichtereinheit 1 wie der Wechselrichter 6 sind Leistungshalbleiter, welche über die Signalleitung 11 im Falle der Gleichrichtereinheit, beziehungsweise über die Signalleitung 10 im Falle der Wechselrichter 6 angesteuert werden. Zur Erzeugung der Ansteuersignale sind der Gleichrichtereinheit 1 eine Steuereinheit 8, den Wechselrichtern 6 jeweils ein Steuermodul 5 zugeordnet. Gleichrichtereinheit 1 und zugehörige Steuereinheit 8 sind häufig als bauliche Einheit in Form eines Versorgungsmoduls VM realisiert, Wechselrichter 6 und Steuermodul 5 bilden eine Wechselrichtereinheit. Zweckmäßig verfügen Steuereinheit 8 und Steuermodule 5 jeweils über eine digitale Signale verarbeitende Einrichtung in Form zum Beispiel eines Mikroprozessors oder eines anwenderspezifischen integrierten Schaltkreises zur Verarbeitung beziehungsweise Erzeugung der ein- und ausgehenden Signale, die im folgenden als Mikrorechner bezeichnet wird. Die Ansteuerung der Wechselrichtereinheiten erfolgt vorzugsweise durch pulsweitenmodulierte Signale. Steuermodule 5 und Steuereinheit 8 sind über eine Busleitung 12 miteinander sowie mit einer übergeordneten Steuerung 9, insbesondere einer NC verbunden. Letztere beinhaltet ebenfalls einen eigenen Mikrorechner.The inverter shown in the figure is via a rectifier unit 1 with a, generally three-phase, AC mains 2 connected. The output side of the rectifier unit 1 feeds a DC voltage intermediate circuit 3 , To stabilize the DC link voltage can smoothing 4 , in the figure by way of example a capacitor may be provided. To the DC link 3 are several inverters 6 connected, the output side each have a preferably brushless electric motor 7 , in particular provide a servo drive. Rectifier unit 1 and inverters 6 are expediently designed so that the inverter is also operable as a regenerative converter. Main components of the rectifier unit 1 like the inverter 6 are power semiconductors, which via the signal line 11 in the case of the rectifier unit, or via the signal line 10 in the case of the inverter 6 be controlled. To generate the drive signals are the rectifier unit 1 a control unit 8th , the inverters 6 one control module each 5 assigned. Rectifier unit 1 and associated control unit 8th are often realized as a structural unit in the form of a supply module VM, inverters 6 and control module 5 form an inverter unit. Appropriately have control unit 8th and control modules 5 in each case via a digital signal processing device in the form of, for example, a microprocessor or a user-specific integrated circuit for processing or generating the incoming and outgoing signals, which is referred to below as a microcomputer. The control of the inverter units is preferably carried out by pulse width modulated signals. control modules 5 and control unit 8th are over a bus line 12 with each other and with a higher-level control 9 , in particular a NC connected. The latter also contains its own microcomputer.

Zur Steuerung des Umrichterbetriebes sind im Bereich des Versorgungsmodules VM mehrere Sensoren vorgesehen. An wenigstens einem zur Kühlung der Leistungsbauelemente dienenden Kühlkörper 16 in der Gleichrichtereinheit 1 sowie in dem das Versorgungsmodul VM umgebenden Raum befinden sich Temparatursensoren 14, 17. Weiterhin sind am Zwischenkreis 3 eine Einrichtung 13 zur Erfassung der Spannung im Zwischenkreis, sowie an den einzelnen Phasen des Wechselstromanschlusses 2 eine Einrichtung 15 zur Überwachung der Phasen auf Ausfall angeordnet.To control the inverter operation, several sensors are provided in the area of the supply module VM. On at least one cooling body used for cooling the power components 16 in the rectifier unit 1 and in the space surrounding the supply module VM there are temperature sensors 14 . 17 , Furthermore, at the DC link 3 An institution 13 for detecting the voltage in the DC link, as well as at the individual phases of the AC connection 2 An institution 15 arranged to monitor the phases for failure.

Die dargestellte Anordnung weist die nachfolgend beschriebene Funktionsweise auf. Das Versorgungsmodul VM bestimmt fortlaufend seine Auslastung und übermittelt ein der festgestellten Auslastung entsprechendes Signal A an die Steuermodule 5 der Wechselrichter 6. Hierfür ermittelt die Steuereinheit 8 zunächst die aktuelle Ist-Leistung des Versorgungsmoduls VM. Sie erfaßt dazu zum einen über Sensoren 15 den in den Netzphasen 2 fließenden Strom. Wird die Zwischenkreisspannung als konstant angesehen, entspricht der von den Sensoren 15 gelieferte Meßwert bereits der augenblicklichen Leistung der Gleichrichtereinheit 1.The illustrated arrangement has the operation described below. The supply module VM continuously determines its utilization and transmits a signal corresponding to the determined utilization A to the control modules 5 the inverter 6 , The control unit determines this 8th First, the current actual power of the supply module VM. On the one hand, it detects this via sensors 15 in the network phases 2 flowing electricity. If the intermediate circuit voltage is considered constant, that corresponds to that of the sensors 15 already delivered measured value of the instantaneous power of the rectifier unit 1 ,

Desweiteren ermittelt die Steuereinheit 8 den Wert der zu einem Betriebszeitpunkt maximal möglichen Leistung der Gleichrichtereinheit 1. Dazu erfaßt sie über einen oder mehrere Sensoren 17 die Temperatur wenigstens eines Kühlkörpers 16, mittels dessen bzw. derer die in der Gleichrichtereinheit 1 angeordneten Leistungshalbleiter gekühlt werden, sowie über einen Sensor 14 die Umgebungstemperatur. Weiterhin berücksichtigt sie abgespeicherte Leistungshalbleiterdaten, insbesondere Kennwerte für die Berechnung der Sperrschichttemperatur. Aufgrund der von den Sensoren 14, 17 erhaltenen Meßwerte und der gespeicherten Daten der Leistungshalbleiter ermittelt die Steuereinheit 8 den Wert der Sperrschichttemperatur der Leistungshalbleiter. Diesen vergleicht sie mit einem halbleiterspezifischen, in der Regel herstellerseitig vorgegebenen Maximalwert für die Sperrschichttemperatur. Aus der Differenz beider Werte ergibt sich direkt die zu einem Betriebszeitpunkt maximal erlaubte Leistung. Deren Wert verändert sich während des Betriebes, vor allem infolge der zunehmenden Erwärmung der in der Gleichrichtereinheit 1 vorhandenen Leistungshalbleiter, welche wiederum eine Folge des durch die Leistungshalbleiter fließenden Stroms beziehungsweise der hohen Schaltfrequenz ist. Die Auslastung der Gleichrichtereinheit 1 ergibt sich nun durch Vergleich des zu einem beliebigen Betriebszeitpunkt für die Gleichrichtereinheit ermittelten Ist-Leistungswert mit dem Wert der für die Gleichrichtereinheit 1 zu diesem Zeitpunkt erlaubten maximalen Leistung.Furthermore, the control unit determines 8th the value of the maximum possible power of the rectifier unit at an operating time 1 , For this purpose, it records via one or more sensors 17 the temperature of at least one heat sink 16 , By means of which or those in the rectifier unit 1 arranged power semiconductors are cooled, as well as a sensor 14 the ambient temperature. Furthermore, it takes into account stored power semiconductor data, in particular characteristic values for the calculation of the junction temperature. Because of the sensors 14 . 17 The measured values obtained and the stored data of the power semiconductors are determined by the control unit 8th the value of the junction temperature of the power semiconductors. This compares them with a semiconductor-specific maximum value for the junction temperature, which is generally specified by the manufacturer. The difference between the two values results directly in the maximum permitted power at the time of operation. Their value changes during operation, especially as a result of the increasing heating in the rectifier unit 1 existing power semiconductor, which in turn is a consequence of the current flowing through the power semiconductors or the high switching frequency. The utilization of the rectifier unit 1 Now results from comparing the determined at any operating time for the rectifier unit actual power value with the value of the rectifier unit 1 at this time allowed maximum power.

Den für die Auslastung ermittelten Wert übermittelt die Steuereinheit 8 in Form eines digitalen Signales A über den Datenbus 12 an die den Wechselrichtern 6 zugeordneten Steuermodule 5. Diese beziehen den übermittelten Wert in die Erzeugung der Ansteuersignale ein. Zeigt das Auslastungssignal A an, daß die Gleichrichtereinheit 1 überlastet ist, leiten die in den Steuermodulen 5 vorhandenen Mikrorechner Maßnahmen ein, um den Überlastungszustand in einen Normalzustand zurückzuführen. Dies kann zum Beispiel durch Reduzierung der von bestimmten Antrieben aus dem Zwischenkreis aufgenommenen bzw. an diesen abgegebenen Leistung, durch gleichmäßige Reduzierung der Leistung aller Antriebe oder auch durch gezieltes generatorisches Betreiben eines Antriebs erfolgen. Die Koordination der Maßnahmen zur Rückführung eines Überlastzustandes erfolgt zweckmäßig durch die übergeordnete Steuerung 9, welcher das Auslastungssignal A ebenfalls mitgeteilt wird. Sinnvoll ist es, bezüglich der Leistungen der Gleichrichtereinheit 1 und/oder der Wechselrichtereinheiten 5, 6 eine Trenderkennung durchzuführen, mit dem Ziel, Überlastzustände beziehungsweise Lastspitzen bereits während ihrer Entstehung zu erkennen. Sie wird in einfacher Weise durch Beobachtung der Änderung der Leistung bezogen auf ein vorgegebenes Zeitintervall, oder anders ausgedrückt durch zeitliche Differentiation der Leistung realisiert. Befindet sich die Gleichrichtereinheit 1 bereits nahe an der maximal möglichen Auslastung, und weist der Leistungsbedarf dennoch steigende Tendenz auf, leiten die Steuermodule 5, noch bevor ein Überlastzustand tatsächlich eintritt, Maßnahmen ein, um die Leistung in der Gleichrichtereinheit 1 nicht weiter zu erhöhen.The value determined for the utilization is transmitted by the control unit 8th in the form of a digital signal A via the data bus 12 to the inverters 6 associated control modules 5 , These include the transmitted value in the generation of the drive signals. Displays the load signal A that the rectifier unit 1 overloaded, those in the control modules conduct 5 existing microcomputer measures to return the overload condition in a normal state. This can be done, for example, by reducing the power consumed by certain drives from the DC link or output to them, by uniformly reducing the power of all drives or by specific generator operation of a drive. The coordination of the measures for returning an overload condition is expediently carried out by the higher-level control 9 , which the load signal A is also notified. It makes sense with regard to the performance of the rectifier unit 1 and / or the inverter units 5 . 6 To perform a trend detection, with the aim of detecting overload conditions or load peaks during their formation. It is realized in a simple manner by observing the change of the power relative to a given time interval, or in other words by temporal differentiation of the power. Is the rectifier unit located 1 Already close to the maximum possible utilization, and the power requirement still has an increasing tendency to guide the control modules 5 even before an overload condition actually occurs, take action to increase the power in the rectifier unit 1 not to increase further.

Kann eine Rückführung eines Überlastzustandes der Gleichrichtereinheit 1 nicht innerhalb einer für die Dauer eines solchen Überlastzustandes zulässigen Höchstzeit erfolgen, werden die Antriebe 7, vorzugsweise kontrolliert durch die übergeordnete Steuerung 9, in einen sicheren Haltezustand gebracht.Can a feedback of an overload condition of the rectifier unit 1 are not within a maximum time allowed for the duration of such an overload condition, the drives 7 , preferably controlled by the higher-level control 9 , brought into a safe state of arrest.

Um einen Umrichter möglichst optimal, das heißt nahe an seiner zulässigen Nennleistung betreiben zu können, ist es vorteilhaft, möglichst viele der die aktuelle Leistungsfähigkeit der Gleichrichtereinheit 1 bestimmenden Parameter zu erfassen. Weitere zweckmäßig erfaßte und bei der Bestimmung der jeweils maximal möglichen Leistungsfähigkeit berücksichtigte Parameter sind zum Beispiel die Schaltfrequenz der Leistungshalbleiter und/oder die Zwischenkreisspannung. Weitere zweckmäßige berücksichtigte feste Parameter sind vor allem die thermischen Übergangswiderstände zwischen Leistungshalbleitern und Kühlkörpern sowie zwischen Kühlkörpern und Umgebungsluft.In order to be able to operate a converter as optimally as possible, that is to say close to its permissible rated power, it is advantageous to maximize as many of the current performance of the rectifier unit 1 determine determining parameters. Further appropriately detected and taken into account in the determination of the maximum possible performance parameters are, for example, the switching frequency of the power semiconductors and / or the intermediate circuit voltage. Other useful fixed parameters taken into account are above all the thermal contact resistances between power semiconductors and heat sinks as well as between heat sinks and ambient air.

Als besonders vorteilhaft hat es sich ferner erwiesen, zusätzlich die Phasen des Netzanschlusses 2 der Gleichrichtereinheit einzeln auf Ausfall zu überwachen. Zweckmäßig dient hierzu der zur Ermittlung der Ist-Leistung ohnehin vorhandene Stromsensor 15. Ebensogut kann aber auch ein – dann eigenständiger – Spannungssensor eingesetzt sein. Das vom Sensor 15 abgegebene Signal wertet die Steuereinheit 8 daraufhin aus ob in allen Phasen des Netzanschlusses 2 ein vorgegebener Mindeststrom fließt bzw. eine Mindstspannung anliegt. Da der Ausfall einer Netzphase eine plötzliche Reduzierung der maximal möglichen Leistung der Gleichrichtereinheit um etwa ein Drittel zur Folge hat, und somit in der Regel sofort zu einem Zustand deutlicher Überlastung führt, erzeugt die Steuereinheit 8 im Falle eines festgestellten Ausfalles einer Netzphase zweckmäßig ein gesondertes Signal, zum Beispiel in Form einer besonderen Codierung, welches sie der übergeordneten Steuerung 9 sowie den den Wechselrichtereinheiten 6 zugeordneten Steuermodulen 5 mitteilt.It has also proved to be particularly advantageous, in addition, the phases of the network connection 2 to monitor the rectifier unit individually for failure. For this purpose, the current sensor, which is present anyway for determining the actual power, is expediently used 15 , But just as well can be used - then independent - voltage sensor. That of the sensor 15 output signal evaluates the control unit 8th then whether in all phases of the grid connection 2 a predetermined minimum current flows or a minimum voltage is applied. Since the failure of a network phase results in a sudden reduction of the maximum possible power of the rectifier unit by about one-third, and thus usually leads immediately to a state of significant overload, generates the control unit 8th in the case of a detected failure of a network phase expedient a separate signal, for example in the form of a special coding, which they the parent controller 9 as well as the inverter units 6 associated control modules 5 telling.

In einer Variante des vorgeschlagenen Umrichters wird der Momentanleistungbedarf der Gleichrichtereinheit 1 nicht aufgrund der Erfassung des in den Netzphasen 2 anliegenden Stromes beziehungsweise der anliegenden Spannung bestimmt. Stattdessen übermitteln die Steuermodule 5 der Steuereinheit 8 jeweils einen dem Ausgangsstrom und somit der Leistung des zugeordneten Wechselrichters 6 entsprechenden Signalwert A'. Einfache Addition der übermittelten Signalwerte liefert der Steuereinheit 8 die augenblickliche Ist-Leistung der Gleichrichtereinheit 1. Zweckmäßig erfolgt die Übermittlung der Leistungen der Wechselrichter 6 an die Steuereinheit 8 in Form pulsweitenmodulierter beziehungsweise zeitcodierter Signale. Dabei entspricht die Dauer eines Signals der von der sendenden Wechselrichtereinheit aus dem Zwischenkreis 3 aufgenommenen Leistung. Die Übermittlung der Leistungssignale von den Wechselrichtereinheiten 6 an das Versorgungsmodul VM erfolgt zweckmäßig jeweils zu einem festgelegten Zeitpunkt, zum Beispiel dem Stromreglertakt.In a variant of the proposed converter, the instantaneous power requirement of the rectifier unit 1 not due to the capture of the in the network phases 2 applied current or the applied voltage determined. Instead, the control modules transmit 5 the control unit 8th one each the output current and thus the power of the associated inverter 6 corresponding signal value A '. Simple addition of the transmitted signal values provides the control unit 8th the instantaneous actual power of the rectifier unit 1 , It is expedient to transmit the power of the inverters 6 to the control unit 8th in the form of pulse-width-modulated or time-coded signals. The duration of a signal corresponds to that of the transmitting inverter unit from the intermediate circuit 3 recorded performance. The transmission of the power signals from the inverter units 6 to the supply module VM is expediently carried out at a specific time, for example, the current controller clock.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steuermodule 5 die Leistungs-Signalwerte bereits im voraus aufgrund interner Information sowie durch Vorausberücksichtigung von Betriebssollwerten, welche sie über die Busleitung 12 zum Beispiel von einer NC9 erhalten, ermitteln und der Steuereinheit 8 mitteilen. Dieser ist dadurch der Leistungsbedarf der Gesamtanlage vor seinem tatsächlichen physikalischen Anfall bekannt. Eine solche voreilende Leistungsbedarfsermittlung kann vorteilhaft für eine Vorsteuerung der Gleichrichtereinheit genutzt werden.It is particularly advantageous if the control modules 5 the power signal values already in advance due to internal information as well as by pre-consideration of operating setpoints, which they over the bus line 12 for example, obtained from a NC9, and determine the control unit 8th report. This is known by the power requirement of the entire system before his actual physical attack. Such a leading power demand determination can be advantageous for a Vor be used to control the rectifier unit.

Claims

Frequency converter with a mains rectifier unit for supplying a DC intermediate circuit to which at least one inverter unit is connected, wherein means are provided which during operation at any time the determination of the utilization, that is the ratio of instantaneous to the determination time maximum possible power of a Umrichter unit ( 1 ) and the means for determining the utilization of the inverter subunit ( 1 ) at least one current sensor ( 15 ), characterized in that - the converter subunit comprises the rectifier unit ( 1 ), - that the means for determining the utilization of the rectifier unit ( 1 ) additionally a facility ( 17 ) for detecting the temperature of at least one in the rectifier unit ( 1 ) for cooling the power components existing heat sink ( 16 ), - that from the measured values for current and heat sink temperature ( 15 . 17 ) and from semiconductor-specific data one of the utilization of the rectifier unit ( 1 ) corresponding signal (A) and for each inverter unit ( 5 . 6 ), and - that at least one inverter unit ( 5 . 6 ) on the basis of the signal (A) from the intermediate circuit ( 3 ) or to the power supplied to the rectifier unit ( 1 ) votes.

Converter according to Claim 1, characterized in that at least one inverter unit ( 5 . 6 ) from the DC link ( 3 ) is reduced or released when the utilization of the rectifier unit exceeds a limit.

Converter according to Claim 1, characterized in that the rectifier unit ( 1 ) checks the time behavior of the power converted in it and that at least one inverter unit ( 5 . 6 ) from the DC link ( 3 ) is reduced when the power in the rectifier unit ( 1 ) converted power has an increasing tendency and the utilization is above a predefinable threshold.

Converter according to claim 1, characterized in that a device ( 15 . 8th ) for monitoring network phases ( 2 ) is provided for failure, and that in case of failure of a network phase, the inverter units ( 5 . 6 ) reduce the power taken up from the intermediate circuit or delivered to it to such an extent that the rectifier unit ( 1 ) is not overloaded.

Converter according to Claim 4, characterized in that the means for determining the utilization of the rectifier unit ( 1 ) further comprises means for detecting the ambient temperature ( 14 ) and / or the switching frequency of the power semiconductors.

Converter according to Claim 1, characterized in that the means for determining the utilization of the rectifier unit ( 1 ) are arranged in this.

Converter according to claim 1, characterized in that the rectifier unit ( 1 ) and inverter unit ( 5 . 6 ) via a bus line ( 12 ) are interconnected, via which the load signal A is transmitted.

Converter according to Claim 7, characterized in that the load signal (A, A ') is a signal coded as a pulse duration signal, the length of a pulse being that of the transmitting inverter unit ( 5 ) absorbed power from the DC link ( 3 ) corresponds.

Converter according to Claim 1, characterized in that each inverter unit ( 5 . 6 ) of the rectifier unit ( 1 ) transmits a signal (A ') corresponding to that of the inverter ( 6 ) from the DC link ( 3 ) or equivalent to that given.

Converter according to claim 9, characterized in that at least one inverter unit ( 5 . 6 ) from her from the intermediate circuit ( 3 ), or determined in advance on the basis of operating setpoints.

Converter according to one of the preceding claims, characterized in that at least one inverter unit ( 5 . 6 ) for feeding a drive ( 7 ), which is part of a numerically controlled machine.

Converter according to Claim 7, characterized in that the inverter modules control the drives in safe rest positions when an overload of the rectifier unit ( 1 ) exceeds a predetermined limit.

Method for operating a frequency converter comprising a mains rectifier unit for supplying a DC intermediate circuit, and at least one inverter unit connected thereto, having means for detecting the mains current, and means for detecting a parameter determining the performance of a converter subunit, characterized by the following steps: - detecting the temperature one in the rectification purity ( 1 ) for cooling the power components existing heat sink ( 16 ), - determining the actual power of the rectifier unit ( 1 ) at a determination time, - determining the maximum permissible power of the rectifier unit ( 1 ) at the time of determination using the detected heat sink temperature, - determining the utilization of the rectifier unit ( 1 ) by comparing the value obtained for the actual power with the value obtained for the maximum permissible power, - transmitting one of the loadings of the rectifier unit ( 1 ) corresponding signal (A) to at least one inverter unit ( 5 . 6 ), - Tuning of the inverter unit (s) ( 6 ) from the DC link ( 3 ) absorbed power to the utilization of the rectifier unit ( 1 ).