DE102014223224A1 - Drive device and method for operating a drive device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung mit einem Elektromotor, der mehrere Teilmotoren aufweist, mit mehreren, jeweils mit einem Teilmotor verbundenen Wechselrichtern, welche an ein gemeinsames Gleichspannungsnetz anbindbar sind und mit einer Anbindungseinrichtung zur Anbindung der Wechselrichter an das gemeinsame Gleichspannungsnetz, welche mindestens zwei Anbindungszustände aufweist, wobei in einem ersten Anbindungszustand alle Wechselrichter in Reihe geschaltet an das Gleichspannungsnetz angebunden sind und in einem zweiten Anbindungszustand alle Wechselrichter parallel geschaltet an das Gleichspannungsnetz angebunden sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Antriebseinrichtung.The invention relates to a drive device with an electric motor, which has a plurality of partial motors, with a plurality of inverters, each connected to a partial motor, which can be connected to a common DC voltage network and with a connection device for connecting the inverters to the common DC voltage network, which has at least two connection states. wherein, in a first connection state, all inverters are connected in series to the direct voltage network and, in a second connection state, all inverters are connected in parallel to the direct voltage network. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a drive device.
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung mit einem Elektromotor, der mehrere Teilmotoren aufweist, und mit mehreren, jeweils mit einem Teilmotor verbundenen Wechselrichtern welche an ein gemeinsames Gleichspannungsnetz anbindbar sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit einer elektrischen Traktionsantriebseinrichtung. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebseinrichtung mit einem Elektromotor, der mehrere Teilmotoren aufweist, und mit mehreren, jeweils mit einem Teilmotor verbundenen Wechselrichtern welche an ein gemeinsames Gleichspannungsnetz anbindbar sind.The invention relates to a drive device with an electric motor, which has a plurality of partial motors, and with a plurality of in each case connected to a motor part inverters which can be connected to a common DC voltage network. The invention further relates to a vehicle with an electric traction drive device. In addition, the invention relates to a method for operating a drive device with an electric motor, which has a plurality of sub-motors, and with a plurality of in each case connected to a motor part inverters which can be connected to a common DC voltage network.
Anwendung finden kann die Erfindung unter anderem in Elektro- oder Hybridfahrzeugen und in Werkzeugmaschinen. The invention can be applied, inter alia, in electric or hybrid vehicles and in machine tools.
In der
Bei einer derartigen Antriebseinrichtung liegt an allen Wechselrichtern die Spannung des Gleichspannungsnetzes an, welche üblicherweise derart gewählt ist, dass sie der im Volllastbetrieb des Elektromotors erforderlichen Gleichspannung entspricht. Im Teilllastbetrieb ist es zur Begrenzung der durch die Wechselrichter in den Elektromotor eingeprägten Ströme erforderlich, die Wechselrichter derart zu betreiben, dass pulsförmige Spannungen mit sehr kurzen Pulsweiten bereitgestellt werden. In diesem Zusammenhang hat es sich als nachteilig herausgestellt, dass die Kombination aus einer hohen Spannung des Gleichspannungsnetzes und den kurzen Pulsweiten zu hohen Schaltverlusten in den Wechselrichtern sowie zu Stromüberschwingern und harmonischen Stromoberwellen führt, welche Verluste an den Spulen des Elektromotors hervorrufen. In such a drive device, the voltage of the DC voltage network is applied to all inverters, which is usually selected such that it corresponds to the DC voltage required in full load operation of the electric motor. In partial load operation, in order to limit the currents impressed by the inverters into the electric motor, it is necessary to operate the inverters in such a way that pulsed voltages with very short pulse widths are provided. In this context, it has proved to be disadvantageous that the combination of a high voltage of the DC voltage network and the short pulse widths leads to high switching losses in the inverters as well as current overshoots and harmonic current harmonics, which cause losses to the coils of the electric motor.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verluste im Teillastbetrieb zu reduzieren.Against this background, it is an object of the present invention to reduce losses in part-load operation.
Bei einer Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe durch eine Anbindungseinrichtung zur Anbindung der Wechselrichter an das gemeinsame Gleichspannungsnetz gelöst, welche mindestens zwei Anbindungszustände aufweist, wobei in einem ersten Anbindungszustand alle Wechselrichter in Reihe geschaltet an das Gleichspannungsnetz angebunden sind und in einem zweiten Anbindungszustand alle Wechselrichter parallel geschaltet an das Gleichspannungsnetz angebunden sind. In a drive device of the type mentioned above, the object is achieved by a connection device for connecting the inverter to the common DC network, which has at least two connection states, in a first connection state all inverters are connected in series connected to the DC voltage network and in a second connection state all Inverters connected in parallel to the direct voltage network.
Über die Anbindungseinrichtung kann die Anbindung der Wechselrichter an das gemeinsame Gleichspannungsnetz wahlweise verändert werden, um die an den Wechselrichtern anliegende Gleichspannung einzustellen. In dem zweiten Anbindungszustand der Anbindungseinrichtung sind alle Wechselrichter parallel geschaltet. Bei der Parallelschaltung der Wechselrichter liegt eine im Vergleich zur Reihenschaltung erhöhte Gleichspannung an den Wechselrichtern an, so dass eine erhöhte Leistung der jeweiligen Teilmotoren abrufbar ist. In dem ersten Anbindungszustand sind alle Wechselrichter über die Anbindungseinrichtung in Reihe geschaltet mit dem Gleichspannungsnetz verbunden. Im Vergleich zu der Parallelschaltung ist die über den Leistungshalbleitern der Wechselrichter abfallende Spannung reduziert, so dass sich die Schaltverluste verringern. Bei der Reihenschaltung liegt über den Wechselrichtern eine Spannung an, die der durch die Anzahl der in Reihe geschalteten Wechselrichter geteilten Höhe der Spannung des Gleichspannungsnetzes entspricht. Somit wird es wahlweise möglich, die an den Wechselrichtern anliegende Gleichspannung einzustellen, um Verluste im Teillastbetrieb zu verringern. Via the connection device, the connection of the inverters to the common DC voltage network can optionally be changed in order to set the DC voltage applied to the inverters. In the second connection state of the connection device all inverters are connected in parallel. When the inverters are connected in parallel, a DC voltage which is increased in comparison to the series connection is applied to the inverters, so that an increased power of the respective partial motors can be called up. In the first connection state, all inverters are connected in series via the connection device to the DC voltage network. In comparison with the parallel connection, the voltage drop across the power semiconductors of the inverters is reduced so that the switching losses are reduced. In series connection, a voltage is applied across the inverters, which corresponds to the voltage divided by the number of series-connected inverters in the DC voltage network. Thus, it is optionally possible to adjust the voltage applied to the inverters DC voltage to reduce losses in partial load operation.
Der Elektromotor kann eine beliebige Anzahl an Teilmotoren aufweisen, insbesondere zwei, vier, sechs, acht oder zehn Teilmotoren. Die Teilmotoren des Elektromotors wirken bevorzugt auf eine gemeinsame Antriebswelle der Antriebseinrichtung ein. Vorteilhafterweise weisen die Teilmotoren einen gemeinsamen Stator und/oder einen gemeinsamen Rotor auf. Besonders bevorzugt umfassen die Teilmotoren eine Teilwicklung des Stators und/oder des Rotors des Elektromotors. Der Elektromotor kann mehrere Polpaare aufweisen, wobei ein Teilmotor jeweils mindestens ein Polpaar des Elektromotors aufweist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Teilmotoren separate Rotoren und/oder separate Statoren aufweisen und/oder in separaten Gehäusen angeordnet sind. The electric motor can have any desired number of partial motors, in particular two, four, six, eight or ten partial motors. The partial motors of the electric motor preferably act on a common drive shaft of the drive device. Advantageously, the partial motors have a common stator and / or a common rotor. Particularly preferably, the partial motors comprise a partial winding of the stator and / or the rotor of the electric motor. The electric motor may have a plurality of pole pairs, wherein a partial motor in each case has at least one pole pair of the electric motor. Alternatively it can be provided that the partial motors have separate rotors and / or separate stators and / or are arranged in separate housings.
Die Wechselrichter sind bevorzugt als selbstgeführte Wechselrichter ausgebildet. Vorteilhaft ist es, wenn die Wechselrichter derart ausgestaltet sind, dass motorseitig ein zumindest annähernd sinusförmiger Stromverlauf mit einstellbarer Frequenz erzeugbar ist. Besonders bevorzugt ist durch die Wechselrichter ein dreiphasiges Drehstromsystem erzeugbar, so dass als dreiphasige Drehstrommotoren ausgebildete Teilmotoren angesteuert werden können.The inverters are preferably designed as self-commutated inverters. It is advantageous if the inverters are configured in such a way that an at least approximately sinusoidal current profile with adjustable frequency can be generated on the motor side. Particularly preferably, a three-phase three-phase system can be generated by the inverters so that partial motors designed as three-phase three-phase motors can be driven.
Das Gleichspannungsnetz der Antriebseinrichtung kann als Bordnetz eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, ausgebildet sein. Alternativ kann das Gleichspannungsnetz als Gleichspannungszwischenkreis, insbesondere als Gleichspannungszwischenkreis eines Gleichspannungszwischenkreisumrichters, ausgebildet sein. The DC voltage network of the drive device can be designed as a vehicle electrical system of a vehicle, in particular of an electric or hybrid vehicle. Alternatively, the DC voltage network as DC voltage intermediate circuit, in particular as a DC voltage intermediate circuit of a DC voltage intermediate converter, be formed.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Anbindungseinrichtung mindestens einen dritten Anbindungszustand aufweist, in welchem die Wechselrichter als mehrere in Reihe geschaltete Gruppen von parallel geschalteten Wechselrichtern oder als mehrere parallel geschaltete Gruppen von in Reihe geschalteten Wechselrichtern an das Gleichspannungsnetz anbindbar sind. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass durch die Anbindungseinrichtung eine Verschaltung der Wechselrichter bereitgestellt werden kann, bei welcher an den Wechselrichtern eine Gleichspannung anliegt, die gegenüber der Parallelschaltung aller Wechselrichter reduziert ist und höher ist, als die bei einer Reihenschaltung aller Wechselrichter anliegende Gleichspannung. Insofern lassen sich an den Wechselrichtern mindestens drei Spannungsniveaus der anliegenden Gleichspannung, insbesondere lastabhängig, einstellen. Optional kann die Anbindungseinrichtung weitere Anbindungszustände aufweisen, in welchen die Wechselrichter als mehrere in Reihe geschaltete Gruppen von parallel geschalteten Wechselrichtern oder als mehrere parallel geschaltete Gruppen von in Reihe geschalteten Wechselrichtern an das Gleichspannungsnetz anbindbar sind. Insbesondere bei solchen Antriebseinrichtungen, die mehr als vier Wechselrichter aufweisen, können weitere Anbindungszustände vorgesehen sein, um mehr als drei Spannungsniveaus der an den Wechselrichtern anliegenden Gleichspannung bereitzustellen.According to an advantageous embodiment, it is provided that the connection device has at least one third connection state, in which the inverters can be connected to the direct voltage network as a plurality of series-connected groups of parallel-connected inverters or as several parallel-connected groups of series-connected inverters. This has the advantage that an interconnection of the inverters can be provided by the connection device, in which a DC voltage is applied to the inverters, which is reduced compared to the parallel connection of all inverters and is higher than the voltage applied to a series connection of all inverters DC voltage. In this respect, at least three voltage levels of the applied DC voltage, in particular load-dependent, can be set at the inverters. Optionally, the connection device can have further connection states in which the inverters can be connected to the direct voltage network as a plurality of series-connected groups of parallel-connected inverters or as a plurality of parallel-connected groups of series-connected inverters. In particular, in such drive devices, which have more than four inverters, further connection states can be provided in order to provide more than three voltage levels of the DC voltage applied to the inverters.
Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher die Antriebseinrichtung mehrere Kondensatoren aufweist, wobei jedem Wechselrichter zumindest ein Kondensator zugeordnet ist, so dass die Stabilität der an den Wechselrichtern anliegenden Gleichspannung verbessert werden kann. Die Kondensatoren können Zwischenkreiskondensatoren eines Gleichspannungszwischenkreises sein. Preferred is an embodiment in which the drive device has a plurality of capacitors, wherein each inverter is associated with at least one capacitor, so that the stability of the voltage applied to the inverters DC voltage can be improved. The capacitors may be DC link capacitors of a DC intermediate circuit.
Besonders bevorzugt weist die Antriebseinrichtung eine Steuereinheit auf, über welche die Anbindungszustände der Anbindungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Lastzustand des Elektromotors, insbesondere von den Lastzuständen der Teilmotoren, einstellbar sind. Insofern kann die Steuereinheit den Lastzustand des Elektromotors erfassen und einen für den Lastzustand geeigneten Anbindungszustand einstellen. Die Steuereinheit kann mit mindestens einem Sensor zur Erfassung des Lastzustands verbunden sein, wobei der Sensor beispielsweise als Stromsensor zur Erfassung eines Wicklungsstroms oder als Winkelsensor zur Erfassung der Drehstellung und/oder der Drehzahl des Rotors ausgebildet ist. Zudem kann vorgesehen sein, dass über die Steuereinheit zusätzlich die Wechselrichter der Antriebseinrichtung gesteuert werden, so dass durch die Steuereinheit sowohl die lastabhängige Einstellung der an den Wechselrichtern anliegenden Gleichspannung als auch die Steuerung der Leistungshalbleiter der Wechselrichter erfolgen kann. Particularly preferably, the drive device has a control unit via which the connection states of the connection device can be set as a function of a load state of the electric motor, in particular of the load states of the partial motors. In this respect, the control unit can detect the load state of the electric motor and set a connection state suitable for the load state. The control unit may be connected to at least one sensor for detecting the load state, wherein the sensor is designed for example as a current sensor for detecting a winding current or as an angle sensor for detecting the rotational position and / or the rotational speed of the rotor. In addition, it can be provided that the inverters of the drive device are additionally controlled via the control unit, so that both the load-dependent setting of the DC voltage applied to the inverters and the control of the power semiconductors of the inverters can be effected by the control unit.
Bei einem Fahrzeug der eingangs genannten Art trägt es zur Lösung der Aufgabe bei, dass die Traktionsantriebseinrichtung als eine vorstehend beschriebene Antriebseinrichtung ausgebildet ist. In a vehicle of the type mentioned above, it contributes to the solution of the problem that the traction drive device is designed as a drive device described above.
Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Wechselrichter über eine Anbindungseinrichtung an das gemeinsame Gleichspannungsnetz angebunden werden, welche mindestens zwei Anbindungszustände aufweist, wobei in einem ersten Anbindungszustand alle Wechselrichter in Reihe geschaltet an das Gleichspannungsnetz angebunden werden und in einem zweiten Anbindungszustand alle Wechselrichter parallel geschaltet an das Gleichspannungsnetz angebunden werden.In a method of the type mentioned, the object is achieved in that the inverters are connected via a connection device to the common DC voltage network, which has at least two connection states, in a first connection state all inverters are connected in series connected to the DC network and in a second connection state all inverters connected in parallel to the DC power supply.
Bei dem Fahrzeug und dem Verfahren ergeben sich dieselben Vorteile, wie sie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung beschrieben worden sind. In the vehicle and the method, the same advantages as they have already been described in connection with the drive device according to the invention.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Anbindungseinrichtung in den ersten Anbindungszustand versetzt wird, wenn die Drehzahl des Elektromotors kleiner als eine vorgegebene erste Drehzahlschwelle ist. Durch die Reihenschaltung der Wechselrichter wird einerseits die an den Wechselrichtern anliegende Gleichspannung reduziert. Andererseits werden die Wicklungen der mit den Wechselrichtern verbundenen Teilmotoren ebenfalls in Reihe geschaltet, wodurch sich die Induktivität im Strompfad erhöht. Dies führt zu einer Abnahme der Stromsteilheiten und folglich zu einer Reduktion von Verlusten durch Stromüberschwinger und Stromoberwellen im Elektromotor. Die Reihenschaltung aller Wechselrichter ermöglicht einen verlustarmen Betrieb der Antriebseinrichtung bei niedrigen Drehzahlen unterhalb der ersten Drehzahlschwelle. Durch die Reihenschaltung der Wechselrichter steht allen Wechselrichtern der maximale Batteriestrom zur Verfügung, so dass kurzzeitig ein hohes Drehmoment erzeugbar ist. Insofern bildet der erste Anbindungszustand einen Anfahrmodus, welcher sowohl einen verlustarmen Teillastbetrieb als auch die kurzzeitige Bereitstellung eines hohen Drehmoments ermöglicht.According to an advantageous embodiment of the method is provided that the connection device is placed in the first connection state when the speed of the electric motor is smaller than a predetermined first speed threshold. The series connection of the inverters on the one hand reduces the DC voltage applied to the inverters. On the other hand, the windings of the partial motors connected to the inverters are also connected in series, which increases the inductance in the current path. This leads to a decrease in the current gradients and consequently to a reduction of losses due to current overshoots and current harmonics in the electric motor. The series connection of all inverters enables low-loss operation of the drive device at low speeds below the first speed threshold. Due to the series connection of the inverters, the maximum battery current is available to all inverters so that a high torque can be generated for a short time. In this respect, the first connection state forms a start-up mode, which enables both a low-loss partial load operation and the short-term provision of a high torque.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Anbindungseinrichtung in den zweiten Anbindungszustand versetzt wird, wenn die Drehzahl des Elektromotors größer als die erste Drehzahlschwelle oder größer als eine vorgegebene zweite Drehzahlschwelle ist. Durch die Parallelschaltung der Wechselrichter wird einerseits die höchstmögliche Gleichspannung an den Wechselrichtern angelegt. Andererseits werden die Wicklungen der Teilmotoren parallel geschaltet, so dass die Induktivität im Strompfad reduziert wird. Die Parallelschaltung aller Wechselrichter ermöglicht das Erreichen der vollen Motorleistung bei hohen Drehzahlen oberhalb der ersten bzw. zweiten Drehzahlschwelle, weshalb der zweite Anbindungszustand auch als Schnellfahrmodus bezeichnet werden kann. A further advantageous embodiment provides that the connection device is placed in the second connection state when the speed of the electric motor is greater than the first speed threshold or greater than a predetermined second speed threshold. The parallel connection of the inverters on the one hand creates the highest possible DC voltage at the inverters. On the other hand, the windings of the partial motors are connected in parallel, so that the inductance is reduced in the current path. The parallel connection of all inverters makes it possible to achieve full engine power at high speeds above the first or second speed threshold, which is why the second connection state can also be referred to as a high-speed mode.
Als vorteilhaft hat es sich ferner eine Ausgestaltung erwiesen, bei welcher die Anbindungseinrichtung in einen dritten Anbindungszustand versetzt wird, in welchem die Wechselrichter als mehrere in Reihe geschaltete Gruppen von mehreren parallel geschalteten Wechselrichtern oder als mehrere parallel geschaltete Gruppen von mehreren in Reihe geschalteten Wechselrichtern an das Gleichspannungsnetz angebunden werden, wenn die Drehzahl des Elektromotors zwischen einer vorgegebenen ersten Drehzahlschwelle und einer vorgegebenen zweiten Drehzahlschwelle liegt. In einem mittleren Drehzahlbereich zwischen der ersten und der zweiten Drehzahlschwelle kann somit eine Verschaltung der Wechselrichter bereitgestellt werden, bei welcher an den Wechselrichtern eine gegenüber der Parallelschaltung der Wechselrichter reduzierte Gleichspannung anliegt und die Induktivität im Strompfad einen Mittelwert einnimmt. Optional kann vorgesehen sein, dass die Anbindungseinrichtung in weitere Anbindungszustände versetzt wird, in welchen die Wechselrichter als mehrere in Reihe geschaltete Gruppen von parallel geschalteten Wechselrichtern oder als mehrere parallel geschaltete Gruppen von in Reihe geschalteten Wechselrichtern an das Gleichspannungsnetz angebunden werden, wenn die Drehzahl des Elektromotors zwischen zwei weiteren vorgegebenen Drehzahlschwellen liegt. Je nach Anzahl der Teilmotoren bzw. Wechselrichter der Antriebseinrichtung können somit in Abhängigkeit von weiteren vorgegebenen Drehzahlschwellen weitere Spannungsniveaus an den Wechselrichtern eingestellt werden.It has also proven to be advantageous in an embodiment in which the connection device is placed in a third connection state in which the inverters as several series-connected groups of several parallel-connected inverters or as multiple parallel-connected groups of several series-connected inverters to the DC voltage network are connected when the speed of the electric motor is between a predetermined first speed threshold and a predetermined second speed threshold. In a middle speed range between the first and the second speed threshold, an interconnection of the inverters can thus be provided in which a DC voltage is applied to the inverters which is reduced compared to the parallel connection of the inverters and the inductance in the current path assumes an average value. Optionally, it can be provided that the connection device is placed in further connection states in which the inverters are connected as a plurality of series-connected groups of inverters connected in parallel or as a plurality of parallel-connected groups of series-connected inverters to the DC voltage network, if the rotational speed of the electric motor between two other predetermined speed thresholds. Depending on the number of sub-motors or inverters of the drive device can thus be adjusted depending on other predetermined speed thresholds further voltage levels at the inverters.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn nur ein Wechselrichter mehrerer in Reihe geschalteter Wechselrichter zur Strombegrenzung mit Pulsweitenmodulation betrieben wird, so dass erhöhte Schaltverluste nur in dem mit Pulsweitenmodulation betriebenen Wechselrichter anfallen. Die anderen in Reihe geschalteten Wechselrichter können entsprechend der Phasenfolge umgeschaltet werden, so dass in den anderen Wechselrichter keine erhöhten Schaltverluste entstehen.It is also advantageous if only one inverter of several series-connected inverters is operated for current limitation with pulse width modulation, so that increased switching losses occur only in the inverter operated with pulse width modulation. The other inverters connected in series can be switched according to the phase sequence so that no increased switching losses occur in the other inverters.
Bevorzugt ist ferner eine Ausgestaltung, bei der die Anbindungseinrichtung mehrere Schalter aufweist, welche beim Umschalten zwischen einem geschlossenen Zustand und einem geöffneten Zustand gepulst betrieben werden. Durch das Pulsen der Schalter können bei der Umschaltung zwischen einer Parallelschaltung und einer Reihenschaltung der Wechselrichter entstehende Verluste reduziert werden. Als Schalter werden vorteilhafterweise Leistungshalbleiterschalter mit niedrigem Durchlasswiderstand, wie z. B. IGBTs oder MOSFETs, verwendet.Furthermore, an embodiment is preferred in which the connection device has a plurality of switches which are operated pulsed when switching between a closed state and an opened state. By pulsing the switches can be reduced when switching between a parallel connection and a series connection of the inverter resulting losses. As switches are advantageously power semiconductor switch with low on resistance, such. As IGBTs or MOSFETs used.
Die im Zusammenhang mit der Antriebseinrichtung beschriebenen vorteilhaften Merkmale können alternativ oder in Kombination auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb der Antriebsvorrichtung Anwendung finden. The advantageous features described in connection with the drive device can also be used alternatively or in combination in the method according to the invention for operating the drive device.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben werden. Hierein zeigt Further details and advantages of the invention will be described below with reference to the embodiments illustrated in the drawings. This shows
In der
Der erste Teilmotor TM1 wird von einem ersten, mit dem ersten Teilmotor TM1 verbundenen Wechselrichter WR1 gesteuert, während der zweite Teilmotor TM2 von einem mit dem zweiten Teilmotor TM2 verbundenen zweiten Wechselrichter WR2 gesteuert wird. Die Wechselrichter WR1, WR2 versorgen die Teilmotoren TM1, TM2 mit dreiphasigem Wechselstrom einstellbarer Frequenz. Die Wechselrichter WR1, WR2 sind in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem Elektromotor
Wie der Darstellung in
Zur Anbindung der Wechselrichter WR1, WR2 an das Gleichspannungsnetz
Zum Betrieb des in der
Nachfolgend soll anhand der Darstellung in
Die Anbindungseinrichtung
In der
Der positive Gleichspannungspol des ersten Wechselrichters WR1 ist mit dem positiven Pol +UB des Gleichspannungsnetzes
Über die Anbindungseinrichtung
Zum Betrieb des in der
In einem Drehzahlbereich, in welchem die Drehzahl des Elektromotors
Ferner werden alle Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4 in einem Schnellfahrmodus parallel geschaltet an das Gleichspannungsnetz
Die zweite Drehzahlschwelle ist größer als die erste Drehzahlschwelle. Wenn die Drehzahl des Elektromotors
Der Elektromotor
Bei den vorstehend beschriebenen Antriebssystemen
Bei der Reihenschaltung aller Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4 eines Antriebssystems
Bei Umschalten zwischen dem Anfahrmodus, dem Normalbetriebsmodus und dem Schnellfahrmodus können die Schalter S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9 optional gepulst betrieben werden.When switching between the starting mode, the normal operating mode and the high-speed driving mode, the switches S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9 can optionally be operated pulsed.
Die vorstehend beschriebenen Antriebseinrichtungen
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3213952A1 (en) * | 2016-03-02 | 2017-09-06 | Airbus Defence and Space GmbH | Electric drive system for an aircraft and method of operating same |
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WO2021187978A1 (en) * | 2020-03-16 | 2021-09-23 | Daf Trucks N.V. | Power management system for electrical vehicles with multiple motors |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19614627A1 (en) * | 1996-04-13 | 1997-10-16 | Abb Patent Gmbh | High voltage converter system |
JPH10225181A (en) * | 1997-02-07 | 1998-08-21 | Mitsubishi Electric Corp | Ac power supplier and ac motor |
US8497648B2 (en) | 2008-05-30 | 2013-07-30 | Panasonic Corporation | Synchronous electric motor drive system |
JP2014165957A (en) * | 2013-02-21 | 2014-09-08 | Yaskawa Electric Corp | Current type inverter device |
-
2014
- 2014-11-13 DE DE102014223224.4A patent/DE102014223224A1/en not_active Ceased
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19614627A1 (en) * | 1996-04-13 | 1997-10-16 | Abb Patent Gmbh | High voltage converter system |
JPH10225181A (en) * | 1997-02-07 | 1998-08-21 | Mitsubishi Electric Corp | Ac power supplier and ac motor |
US8497648B2 (en) | 2008-05-30 | 2013-07-30 | Panasonic Corporation | Synchronous electric motor drive system |
JP2014165957A (en) * | 2013-02-21 | 2014-09-08 | Yaskawa Electric Corp | Current type inverter device |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3213952A1 (en) * | 2016-03-02 | 2017-09-06 | Airbus Defence and Space GmbH | Electric drive system for an aircraft and method of operating same |
US10035607B2 (en) | 2016-03-02 | 2018-07-31 | Airbus Defence and Space GmbH | Electrical drive system for an aircraft and operating method |
US10967743B2 (en) | 2017-02-21 | 2021-04-06 | Ford Global Technologies, Llc | Hybrid drive system |
WO2021187978A1 (en) * | 2020-03-16 | 2021-09-23 | Daf Trucks N.V. | Power management system for electrical vehicles with multiple motors |
NL2025138B1 (en) * | 2020-03-16 | 2021-10-19 | Daf Trucks Nv | Power management system for electrical vehicles |
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