DE102020124095A1 - Optimized integrated excitation circuit for separately excited synchronous machines - Google Patents

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Abstract

Offenbart ist eine Ansteuerungsanordnung zum Ansteuern einer fremderregten Synchronmaschine, aufweisend eine Umrichterschaltung zum elektrischen Ansteuern von Statorwicklungen der Synchronmaschine, eine Erregerschaltung zum elektrischen Ansteuern von Rotorwicklungen der Synchronmaschine, wobei eine DC-Seite der Umrichterschaltung über zwei Verbindungsleitungen mit einer DC-Seite der Erregerschaltung verbunden ist, wobei eine Leitungsinduktivität und/oder eine Leitungskapazität der Verbindungsleitungen zwischen der Umrichterschaltung und der Erregerschaltung einstellbar ausgestaltet sind. Des Weiteren ist ein Fahrzeug offenbart.Disclosed is a drive arrangement for driving a separately excited synchronous machine, having a converter circuit for electrically driving stator windings of the synchronous machine, an excitation circuit for electrically driving rotor windings of the synchronous machine, a DC side of the converter circuit being connected to a DC side of the exciter circuit via two connecting lines , wherein a line inductance and/or a line capacitance of the connecting lines between the converter circuit and the excitation circuit are designed to be adjustable. A vehicle is also disclosed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ansteuerungsanordnung zum Ansteuern einer fremderregten Synchronmaschine sowie ein Fahrzeug mit einer derartigen Ansteuerungsanordnung.The invention relates to a control arrangement for controlling a separately excited synchronous machine and a vehicle with such a control arrangement.

Für die Ansteuerung eines 3-phasigen Elektromotors wird ein Umrichter bzw. eine Leistungselektronik benötigt. Ein Elektromotor kann beispielsweise auf dem Rotor oder Stator angeordnete Permanentmagnete aufweisen, welche durch eine korrespondierende Spulenanordnung zum Erzeugen eines Drehmoments durch den Umrichter ansteuerbar sind.A converter or power electronics is required to control a 3-phase electric motor. An electric motor can, for example, have permanent magnets arranged on the rotor or stator, which can be controlled by a corresponding coil arrangement in order to generate a torque through the converter.

Darüber hinaus ist eine sogenannte fremderregte Synchronmaschine als eine Spezialform des Elektromotors bekannt, welche ohne den Einsatz von Permanentmagneten einsetzbar ist. Die fremderregte Synchronmaschine kann durch einen verbesserten Wirkungsgrad eine höhere Leistungsfähigkeit erreichen.In addition, a so-called externally excited synchronous machine is known as a special form of electric motor, which can be used without the use of permanent magnets. The externally excited synchronous machine can achieve higher performance through improved efficiency.

Die Bestromung der Rotorwicklung erfolgt regulär über Schleifringkontakte. Die Ansteuerung der Rotorwicklung muss über einen zusätzlichen leistungselektronischen DCDC-Wandler erfolgen, welcher üblicherweise in dem Umrichter integriert ist.The rotor winding is normally energized via slip ring contacts. The rotor winding must be controlled via an additional power electronic DCDC converter, which is usually integrated in the converter.

Ein derartiger DCDC-Wandler ist als eine Erregerschaltung ausgestaltet und erzeugt aus der Betriebsspannung, beispielsweise einer Batterie, eine einstellbare Spannung bzw. einen einstellbaren Strom an den Spulen des Rotors der fremderregten Synchronmaschine.Such a DCDC converter is designed as an excitation circuit and uses the operating voltage, for example a battery, to generate an adjustable voltage or an adjustable current at the coils of the rotor of the separately excited synchronous machine.

Die Erregerschaltung ist üblicherweise mit disktreten Bauelementen auf herkömmlichen Platinen realisiert und wird nachträglich in einen vorgesehenen Umrichter implementiert. Die Anbindung der Erregerschaltung an den Zwischenkreiskondensator des Umrichters wird mit herkömmlichen Kabeln realisiert. Die Kabel führen innerhalb des Umrichters vom Zwischenkreiskondensator bis zur Platine der Erregerschaltung. Die freie Kabelführung resultiert jedoch in einer Erhöhung der parasitären Induktivitäten zwischen dem Zwischenkreiskondensator und der Erregerschaltung, sodass Überspannungsschwinger beim Abschalten der Erregerschaltung bzw. der Bestromung der Rotorwicklung erhöht und das EMV(elektromagnetische Verträglichkeit)-Verhalten des Umrichters beeinträchtigt wird.The excitation circuit is usually implemented with discrete components on conventional circuit boards and is subsequently implemented in a converter provided. The excitation circuit is connected to the intermediate circuit capacitor of the converter using conventional cables. The cables run inside the converter from the intermediate circuit capacitor to the excitation circuit board. However, free cable routing results in an increase in the parasitic inductances between the intermediate circuit capacitor and the exciter circuit, so that overvoltage oscillations increase when the exciter circuit is switched off or the rotor winding is energized and the EMC (electromagnetic compatibility) behavior of the converter is impaired.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ansteuerung für eine fremderregte Synchronmaschine bereitzustellen, durch welche das EMV-Verhalten und die Störfestigkeit verbessert werden.It is the object of the present invention to provide a control for an externally excited synchronous machine, through which the EMC behavior and the interference immunity are improved.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Ansteuerungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.According to the invention, this object is achieved by a control arrangement having the features of claim 1 and by a vehicle having the features of claim 9 . Advantageous refinements and developments emerge from the dependent claims and the description.

Die erfindungsgemäße Ansteuerungsanordnung dient zum Ansteuern einer fremderregten Synchronmaschine. Die Ansteuerungsanordnung weist eine Umrichterschaltung zum elektrischen Ansteuern von Statorwicklungen der Synchronmaschine und eine Erregerschaltung zum elektrischen Ansteuern von Rotorwicklungen der Synchronmaschine auf.The control arrangement according to the invention serves to control a separately excited synchronous machine. The drive arrangement has a converter circuit for electrically driving stator windings of the synchronous machine and an excitation circuit for electrically driving rotor windings of the synchronous machine.

Eine DC-Seite der Umrichterschaltung ist über zwei Verbindungsleitungen mit einer DC-Seite der Erregerschaltung verbunden.A DC side of the converter circuit is connected to a DC side of the excitation circuit via two connection lines.

Erfindungsgemäß sind eine Leitungsinduktivität und/oder eine Leitungskapazität der Verbindungsleitungen zwischen der Umrichterschaltung und der Erregerschaltung einstellbar ausgestaltet.According to the invention, a line inductance and/or a line capacitance of the connecting lines between the converter circuit and the excitation circuit are designed to be adjustable.

Die Verbindungsleitungen können insbesondere als ein Abgriff von dem Zwischenkreiskondensator zu der Erregerschaltung ausgestaltet sein.The connecting lines can be designed in particular as a tap from the intermediate circuit capacitor to the excitation circuit.

Durch diese Maßnahme ist eine optimierte Anbindung der Erregerschaltung mit integrierten Filtermaßnahmen für fremderregte Synchronmaschinen möglich. Die Ansteuerungsanordnung kann vorzugsweise bei Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen eingesetzt werden, um mindestens einen als fremderregte Synchronmaschine ausgestalteten Elektromotor mit elektrischer Energie zu versorgen und ein Drehmoment zu erzeugen.This measure enables an optimized connection of the field circuit with integrated filter measures for externally excited synchronous machines. The control arrangement can preferably be used in electric vehicles or hybrid vehicles in order to supply at least one electric motor designed as a separately excited synchronous machine with electrical energy and to generate a torque.

In einer Ausgestaltung erfolgt die Verbindung der DC-Seite der Umrichterschaltung und der DC-Seite der Erregerschaltung über einen Zwischenkreiskondensator, zwei Verbindungsleitungen über Hilfsanschlüsse für die Erregerschaltung und über separate Anschlüsse am Zwischenkreiskondensator für eine als B6-Brücke ausgestaltete Umrichterschaltung.In one embodiment, the DC side of the converter circuit and the DC side of the excitation circuit are connected via an intermediate circuit capacitor, two connecting lines via auxiliary connections for the excitation circuit and via separate connections on the intermediate circuit capacitor for a converter circuit configured as a B6 bridge.

Durch die Anpassung der Leitungsinduktivität und/oder der Leitungskapazität der Verbindungsleitungen werden bestehende Überspannungsschwinger beim Ansteuern von IGBTs oder MOSFETs aufgrund von parasitären Induktivitäten, welche einen elektrischen Schwingkreis zwischen einem Zwischenkreiskondensator der Umrichterschaltung und Kondensatoren der Erregerschaltung ausbilden, kompensiert oder minimiert. Durch diese Maßnahme können zusätzliche Entstörmaßnahmen, wie beispielsweise das Bereitstellen von externen Filterkondensatoren oder Dämpfungswiderständen, entfallen oder mit verringerten Anforderungen umgesetzt werden.By adapting the line inductance and/or the line capacitance of the connecting lines, existing overvoltage oscillations when driving IGBTs or MOSFETs due to parasitic inductances, which form an electrical oscillating circuit between an intermediate circuit capacitor of the converter circuit and capacitors of the excitation circuit, are compensated for or minimized. This measure allows additional interference suppression measures, such as the provision of external filter capacitors or damping resistors, are omitted or implemented with reduced requirements.

Die Gefahr der Zerstörung der Bauelemente durch Resonanzen wird durch die erfindungsgemäße Ansteuerungsanordnung gesenkt und das EMV-Verhalten verbessert. Hieraus resultiert eine geringere Anfälligkeit der Ansteuerungsanordnung gegenüber Störungen oder Ausfällen.The risk of the components being destroyed by resonance is reduced by the control arrangement according to the invention and the EMC behavior is improved. This results in a lower susceptibility of the control arrangement to disturbances or failures.

Nach einer Ausführungsform ist die Erregerschaltung auf einer Leiterplatine angeordnet. Bevorzugterweise sind die Verbindungsleitungen auf der Leiterplatine der Erregerschaltung positioniert und mit elektrischen Kontakten eines Zwischenkreiskondensators der Umrichterschaltung elektrisch leitfähig verbunden. Beispielsweise ist eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Verbindungsleitungen und dem Zwischenkreiskondensator über Schraubverbindungen, Klemmverbindungen oder Lötverbindungen möglich. Durch die direkte Anbindung der Erregerschaltung an den Zwischenkreiskondensator der Umrichterschaltung ist eine Verringerung oder Beseitigung der Filtermaßnahmen der Umrichterschaltung möglich. Durch die Einsparung der Filtermaßnahmen ist die Ansteuerungsanordnung kosteneffizient und mit einem verringerten Bauraumbedarf herstellbar. Die Beseitigung der Filtermaßnahmen resultiert weiterhin in einer Steigerung der Effizienz durch die reduzierte Verlustleistung. Aufgrund der erhöhten Effizienz sinkt ein Energieverbrauch des Fahrzeugs, wodurch die elektrische Reichweite des Fahrzeugs steigt.According to one embodiment, the excitation circuit is arranged on a printed circuit board. The connecting lines are preferably positioned on the circuit board of the excitation circuit and electrically conductively connected to electrical contacts of an intermediate circuit capacitor of the converter circuit. For example, an electrically conductive connection between the connecting lines and the intermediate circuit capacitor via screw connections, clamp connections or soldered connections is possible. The direct connection of the field circuit to the intermediate circuit capacitor of the converter circuit makes it possible to reduce or eliminate the filter measures of the converter circuit. By saving on the filter measures, the control arrangement can be produced in a cost-efficient manner and with a reduced installation space requirement. The elimination of the filter measures also results in an increase in efficiency due to the reduced power loss. Due to the increased efficiency, the energy consumption of the vehicle decreases, as a result of which the electric range of the vehicle increases.

Das Schwingungsverhalten der Umrichterschaltung und der Erregerschaltung kann zusätzlich beeinflusst werden, wenn die Leitungsinduktivität und/oder die Leitungskapazität der Verbindungsleitungen durch mindestens eine auf der Leiterplatine angeordnete Kapazität und/oder mindestens einen Widerstand einstellbar sind. Dies erfolgt vorzugsweise durch den Einsatz von trimmbaren Induktivitäten entlang der Verbindungsleitungen oder von trimmbaren Widerständen.The oscillation behavior of the converter circuit and the excitation circuit can also be influenced if the line inductance and/or the line capacitance of the connecting lines can be adjusted by at least one capacitance and/or at least one resistor arranged on the printed circuit board. This is preferably done by using trimmable inductances along the connecting lines or trimmable resistors.

Der trimmbare Widerstand und damit die Leitungsinduktivität der Verbindungsleitungen kann vorzugsweise durch eine Länge, einen Verlauf und einen Leitungsquerschnitt der auf der Leiterplatine angeordneten Verbindungsleitungen realisiert werden.The trimmable resistance and thus the line inductance of the connecting lines can preferably be realized by a length, a course and a line cross-section of the connecting lines arranged on the printed circuit board.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Leitungsinduktivität und/oder die Leitungskapazität der Verbindungsleitungen durch eine Länge und/oder einen Verlauf der Verbindungsleitungen auf der Leiterplatine einstellbar. Durch diese Maßnahme können die elektrischen Eigenschaften der Verbindungsleitungen ohne den Einsatz von zusätzlichen Bauteilen eingestellt werden.According to a further exemplary embodiment, the line inductance and/or the line capacitance of the connecting lines can be adjusted by a length and/or a course of the connecting lines on the printed circuit board. This measure allows the electrical properties of the connecting lines to be adjusted without the use of additional components.

Beispielsweise kann basierend auf einer Länge einer Verbindungsleitung ihr Widerstand getrimmt werden.For example, based on a length of a connection line, its resistance can be trimmed.

Ein paralleler Verlauf der beiden Verbindungsleitungen auf der Leiterplatine bildet gemeinsame Flächen zur Ausbildung von Ladungen aus. Durch ein Vergrößern oder Verkleinern der jeweiligen Flächen ist eine Leitungskapazität einstellbar.A parallel run of the two connecting lines on the printed circuit board forms common areas for the formation of charges. A line capacitance can be set by enlarging or reducing the respective areas.

Der Widerstand der Verbindungsleitung kann technisch besonders einfach und platzsparend eingestellt werden, wenn die Verbindungsleitungen zum Einstellen der Leitungsinduktivität mäanderförmig verlaufen. Durch den Entfall zusätzlicher Dämpfungsglieder bzw. Bauteile sinkt die Anzahl der benötigten Bauelemente der Ansteuerungsanordnung, sodass die Robustheit steigt.The resistance of the connecting line can be technically set in a particularly simple and space-saving manner if the connecting lines meander in order to set the line inductance. Due to the elimination of additional attenuation elements or components, the number of components required for the control arrangement decreases, so that the robustness increases.

Das Bereitstellen von zusätzlichen Filterkondensatoren kann entfallen, wenn die Leitungskapazität der Verbindungsleitungen durch eine Länge und eine Oberfläche der Verbindungsleitungen einstellbar ist. Insbesondere ist eine kosteneffizientere Herstellung der Ansteuerungsanordnung durch diese Maßnahme möglich.The provision of additional filter capacitors can be omitted if the line capacitance of the connecting lines can be adjusted by a length and a surface area of the connecting lines. In particular, a more cost-efficient production of the control arrangement is possible through this measure.

Nach einer weiteren Ausführungsform weisen eine Ansteuerungsfrequenz der Umrichterschaltung und eine Ansteuerungsfrequenz der Erregerschaltung einen zeitlichen Versatz zueinander auf. Eine derartige Abstimmung der Schaltfrequenzen und Schaltgeschwindigkeiten der Leistungshalbleiter bzw. der Erregerschaltung und der Umrichterschaltung ermöglicht eine erhöhte Leistungsfähigkeit und höhere Schaltgeschwindigkeiten. Hierdurch kann die Synchronmaschine mit einer höheren Drehzahl und/oder mit einer präziseren Drehzahleinstellung betrieben werden.According to a further embodiment, a drive frequency of the converter circuit and a drive frequency of the excitation circuit have a time offset with respect to one another. Such coordination of the switching frequencies and switching speeds of the power semiconductors or the excitation circuit and the converter circuit enables increased performance and higher switching speeds. As a result, the synchronous machine can be operated at a higher speed and/or with a more precise speed setting.

Die Leitungsinduktivität und/oder die Leitungskapazität der Verbindungsleitungen können präzise eingestellt werden, wenn diese mindestens einen trimmbaren Widerstand und/oder mindestens einen trimmbaren Kondensator aufweisen. Durch das Einstellen der Leitungsinduktivität und/oder der Leitungskapazität im Bereich der Verbindungsleitungen können parasitäre Schwingungen bereits im Vorfeld kompensiert werden, sodass eine Überspannung in der Ansteuerungsanordnung kompensiert wird. Hierdurch ist das Bereitstellen von leistungsfähigen Kompensierungskomponenten, wie beispielsweise Filterkondensatoren, nicht notwendig.The line inductance and/or the line capacitance of the connecting lines can be set precisely if they have at least one trimmable resistor and/or at least one trimmable capacitor. By adjusting the line inductance and/or the line capacitance in the area of the connecting lines, parasitic oscillations can be compensated for in advance, so that an overvoltage in the drive arrangement is compensated for. As a result, it is not necessary to provide powerful compensation components, such as filter capacitors.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug, welches als ein Elektrofahrzeug oder als ein Hybridfahrzeug ausgestaltet ist, bereitgestellt. Das Fahrzeug weist eine erfindungsgemäße Ansteuerungsanordnung auf.According to a further aspect of the invention, a vehicle configured as an electric vehicle or as a hybrid vehicle is provided. The vehicle has an activation arrangement according to the invention.

Durch das Beseitigen oder Minimieren von Entstörmaßnahmen von Überspannungsschwingungen in der Ansteuerungsanordnung werden die internen Verluste der Ansteuerungsanordnung minimiert und der Energieverbrauch des Fahrzeugs gesenkt. Somit ist eine Steigerung einer Reichweite des Fahrzeugs möglich.By eliminating or minimizing measures to suppress overvoltage oscillations in the drive arrangement, the internal losses of the drive arrangement are minimized and the energy consumption of the vehicle is reduced. It is thus possible to increase the range of the vehicle.

Die Ansteuerungsanordnung wird von einer Gleichspannung einer Energiequelle gespeist. Die Ansteuerungsanordnung wandelt die elektrische Energie der Energiequelle in eine getaktete Wechselspannung zum Ansteuern von Statorwicklungen und Rotorwicklungen einer fremderregten Synchronmaschine, um eine Antriebsleistung des Fahrzeugs bereitzustellen. The drive arrangement is fed by a DC voltage from an energy source. The drive arrangement converts the electrical energy from the energy source into a clocked alternating voltage for driving stator windings and rotor windings of a separately excited synchronous machine in order to provide drive power for the vehicle.

Die Energiequelle ist beispielsweise als mindestens ein Batteriesystem oder als mindestens ein Brennstoffzellensystem ausgestaltet.The energy source is designed, for example, as at least one battery system or as at least one fuel cell system.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben. Es zeigt:

  • 1 ein vereinfachtes Ersatzschaltbild einer Ansteuerungsanordnung gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, und
  • 2 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Ansteuerungsanordnung mit auf einer Leiterplatine einer Erregerschaltung angeordneten Verbindungsleitungen.
The invention is shown schematically using embodiments in the drawings and is further described with reference to the drawings. It shows:
  • 1 a simplified equivalent circuit diagram of a control arrangement according to an embodiment of the invention, and
  • 2 a perspective view of the control arrangement according to the invention with connecting lines arranged on a printed circuit board of an excitation circuit.

1 zeigt ein vereinfachtes Ersatzschaltbild einer Ansteuerungsanordnung 1 gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Die Ansteuerungsanordnung 1 dient zum Ansteuern einer fremderregten Synchronmaschine 2. 1 shows a simplified equivalent circuit diagram of a control arrangement 1 according to an exemplary embodiment of the invention. The control arrangement 1 is used to control a separately excited synchronous machine 2.

Der Übersicht halber ist die Synchronmaschine 2 zweiteilig dargestellt, um die Ansteuerung der Synchronmaschine 2 zu verdeutlichen. Die Ansteuerungsanordnung 1 weist eine Umrichterschaltung 4 und eine Erregerschaltung 6 auf.For the sake of clarity, the synchronous machine 2 is shown in two parts in order to clarify the control of the synchronous machine 2. The drive arrangement 1 has a converter circuit 4 and an exciter circuit 6 .

Die Umrichterschaltung 4 dient zum elektrischen Ansteuern von Statorwicklungen 8 der Synchronmaschine 2. Die Erregerschaltung 6 ist dazu eingerichtet, Rotorwicklungen 10 der Synchronmaschine 2 elektrisch anzusteuern. In dem Ersatzschaltbild sind die entsprechenden Induktivitäten für die Statorwicklungen 8 und die Rotorwicklungen 10 dargestellt.The converter circuit 4 is used to electrically drive stator windings 8 of the synchronous machine 2. The exciter circuit 6 is set up to drive rotor windings 10 of the synchronous machine 2 electrically. The corresponding inductances for the stator windings 8 and the rotor windings 10 are shown in the equivalent circuit diagram.

Die Umrichterschaltung 4 und die Erregerschaltung 6 sind DC-seitig über Verbindungsleitungen 11, 12 zum gemeinsamen Zwischenkreiskondensator 14 miteinander verbunden. Die Umrichterschaltung 4 und die Erregerschaltung 6 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel an einem gemeinsamen „Sternpunkt“ miteinander verbunden.The converter circuit 4 and the excitation circuit 6 are connected to one another on the DC side via connecting lines 11 , 12 to the common intermediate circuit capacitor 14 . In the exemplary embodiment shown, the converter circuit 4 and the excitation circuit 6 are connected to one another at a common “star point”.

Zum Beseitigen von Störungen durch parasitäre Schwingungen sind in einer möglichen Ausgestaltung in der Umrichterschaltung 4 und/oder in der Erregerschaltung 6 optionale Entstörkomponenten 14, 16 vorgesehen. Die Entstörkomponenten 14, 16 sind beispielhaft als eine Kombination aus Dämpfungsgliedern und Kapazitäten ausgestaltet. Beispielsweise kann ein optionaler zusätzlicher Dämpfungswiderstand als Teil der Entstörkomponenten 16 der Erregerschaltung 6 zur Reduzierung von Schwingungen bzw. Resonanzeffekten zwischen unterschiedlichen Kapazitäten der Ansteuerungsanordnung 1 dienen.In one possible configuration, optional interference suppression components 14, 16 are provided in the converter circuit 4 and/or in the excitation circuit 6 to eliminate interference caused by parasitic oscillations. The interference suppression components 14, 16 are configured as a combination of attenuators and capacitors, for example. For example, an optional additional damping resistor as part of the interference suppression components 16 of the exciter circuit 6 can serve to reduce oscillations or resonance effects between different capacitances of the drive arrangement 1 .

In der 1 sind der Vollständigkeit halber auch die ESL (Equivalent Series Inductace) und die ESR (Equivalent Series Resistance) der als Zwischenkreiskondensator 14 ausgestalteten Entstörkomponente 14 der Umrichterschaltung 4 dargestellt.In the 1 For the sake of completeness, the ESL (Equivalent Series Inductance) and the ESR (Equivalent Series Resistance) of the interference suppression component 14 of the converter circuit 4 embodied as an intermediate circuit capacitor 14 are also shown.

Die Umrichterschaltung 4 weist eine B6-Vollbrückenschaltung zur Ansteuerung der dreiphasigen Synchronmaschine 2 auf, welche parallel zum Zwischenkreiskondensator 14 elektrisch verbunden ist. Die B6-Vollbrückenschaltung der Umrichterschaltung 4 weist sechs MOSFETs zum Transformieren einer Gleichspannung in eine Wechselspannung für die Ansteuerung der Statorwicklungen 8 auf.The converter circuit 4 has a B6 full-bridge circuit for driving the three-phase synchronous machine 2, which is electrically connected in parallel with the intermediate circuit capacitor 14. The B6 full-bridge circuit of the converter circuit 4 has six MOSFETs for transforming a DC voltage into an AC voltage for driving the stator windings 8 .

Die Erregerschaltung 6 wird mit Hilfe von Transistoren, wie beispielsweise IGBTs, zur Ansteuerung der Rotorwicklungen 10 umgesetzt.The excitation circuit 6 is implemented with the aid of transistors, such as IGBTs, for driving the rotor windings 10 .

Der Zwischenkreiskondensator 14 des Hauptumrichters bzw. der Umrichterschaltung 4 dient als Puffer bei transienten Schaltvorgängen und weit entfernter Energiequellen bzw. einer nicht dargestellten Batterie und dient somit auch der Kompensation der Leitungsinduktivität.The intermediate circuit capacitor 14 of the main converter or the converter circuit 4 serves as a buffer in the event of transient switching operations and distant energy sources or a battery (not shown) and thus also serves to compensate for the line inductance.

Zum Beseitigen der Entstörkomponente 16 oder zum Verringern von Anforderungen an die Entstörkomponente 16 der Erregerschaltung 6 weisen die Verbindungsleitungen 11, 12 jeweils eine einstellbare Leitungsinduktivität 18 und eine einstellbare Leitungskapazität 20 auf. Je nach Ausgestaltung der Ansteuerungsanordnung 1 weisen die Verbindungsleitungen 11, 12 auch eine einstellbare Leitungsinduktivität 18 oder eine einstellbare Leitungskapazität 20 auf.To eliminate the interference suppression component 16 or to reduce the demands on the interference suppression component 16 of the excitation circuit 6, the connecting lines 11, 12 each have an adjustable line inductance 18 and an adjustable line capacitance 20. Depending on the configuration of the control arrangement 1, the connecting lines 11, 12 also have an adjustable line inductance 18 or an adjustable line capacitance 20.

Die einstellbare Leitungsinduktivität 18 und/oder die einstellbare Leitungskapazität 20 werden in einer möglichen Ausgestaltung dazu eingesetzt, eine vorhandene Resonanzfrequenz zwischen der Erregerschaltung 6 und der Umrichterschaltung 4 oberhalb eines von der Ansteuerungsanordnung 1 verwendeten Frequenzbandes zu halten. Dadurch können die aufwändigen Filter- und Dämpfungsmaßnahmen durch die Entstörkomponenten 16 minimiert oder eliminiert werden.In one possible embodiment, the adjustable line inductance 18 and/or the adjustable line capacitance 20 are used to match an existing resonant frequency between the excitation circuit 6 and the converter circuit 4 above a frequency band used by the control arrangement 1. As a result, the complex filter and damping measures by the interference suppression components 16 can be minimized or eliminated.

Die 2 zeigt eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Ansteuerungsanordnung 1 mit auf einer Leiterplatine 22 einer Erregerschaltung 6 angeordneten Verbindungsleitungen 11, 12.the 2 shows a perspective representation of the control arrangement 1 according to the invention with connecting lines 11, 12 arranged on a printed circuit board 22 of an excitation circuit 6.

Die Umrichterschaltung 4 weist einen als Entstörkomponente 14 ausgestalteten Zwischenkreiskondensator 24 auf.The converter circuit 4 has an intermediate circuit capacitor 24 designed as an interference suppression component 14 .

Die Erregerschaltung 6 ist auf der Leiterplatine 22 angeordnet. Die Verbindungsleitungen 11, 12 sind ebenfalls auf der Leiterplatine 22 der Erregerschaltung 6 angeordnet.The excitation circuit 6 is arranged on the printed circuit board 22 . The connecting lines 11, 12 are also arranged on the printed circuit board 22 of the excitation circuit 6.

Die Leiterplatine 22 ist mit Verbindungsanschlüssen 26 des Zwischenkreiskondensators 24 verschraubt, wobei die Verbindungsleitungen 11, 12 an den Verbindungsanschlüssen 26 des Zwischenkreiskondensators 24 münden.The printed circuit board 22 is screwed to the connection terminals 26 of the intermediate circuit capacitor 24 , the connecting lines 11 , 12 opening out at the connection terminals 26 of the intermediate circuit capacitor 24 .

Die Leitungsführung der Verbindungsleitungen 11, 12 wird innerhalb der Leiterplatine 22 auf Kupferlagen der Leiterplatine 22 derart geführt bzw. geroutet, dass sich ein definierter Widerstandswert sowie eine definierte Induktivität einstellt. Hierdurch kann die Leitungsinduktivität 18 und/oder die Leitungskapazität 20 eingestellt werden.The wiring of the connecting lines 11, 12 is guided or routed within the printed circuit board 22 on copper layers of the printed circuit board 22 in such a way that a defined resistance value and a defined inductance are established. In this way, the line inductance 18 and/or the line capacitance 20 can be adjusted.

Alternativ oder zusätzlich ist ein Einstellen der Leitungsinduktivität 18 und/oder der Leitungskapazität 20 über separate Bauelemente 19, 21 möglich.Alternatively or additionally, it is possible to adjust the line inductance 18 and/or the line capacitance 20 via separate components 19, 21.

Eine Verbindungsleitung 11 ist beispielhaft mäanderförmig geführt, um einen höheren elektrischen Widerstand einzustellen. Hierdurch kann die Dämpfung der Verbindungsleitung 11 durch einen verlängerten Leitungsweg erhöht werden.A connecting line 11 is routed in a meandering manner, for example, in order to set a higher electrical resistance. As a result, the attenuation of the connecting line 11 can be increased by an extended line path.

BezugszeichenlisteReference List

11
Ansteuerungsanordnungcontrol arrangement
22
Synchronmaschinesynchronous machine
44
Umrichterschaltungconverter circuit
66
Erregerschaltungexcitation circuit
88th
Statorwicklungenstator windings
1010
Rotorwicklungenrotor windings
1111
erste Verbindungsleitungfirst connection line
1212
zweite Verbindungsleitungsecond connection line
1414
Entstörkomponente der Umrichterschaltung / ZwischenkreiskondensatorAnti-interference component of the converter circuit / intermediate circuit capacitor
1616
Entstörkomponente der ErregerschaltungSuppression component of the excitation circuit
1818
Leitungsinduktivitätline inductance
1919
Widerstandresistance
2020
Leitungskapazitätline capacity
2121
Kondensatorcapacitor
2222
Leiterplatinecircuit board
2424
Zwischenkreiskondensatorintermediate circuit capacitor
2626
Verbindungsanschlüsse des ZwischenkreiskondensatorsConnection terminals of the intermediate circuit capacitor

Claims (9)

Ansteuerungsanordnung (1) zum Ansteuern einer fremderregten Synchronmaschine (2), aufweisend eine Umrichterschaltung (4) zum elektrischen Ansteuern von Statorwicklungen (8) der Synchronmaschine (2), eine Erregerschaltung (6) zum elektrischen Ansteuern von Rotorwicklungen (10) der Synchronmaschine (2), wobei eine DC-Seite der Umrichterschaltung (4) über zwei Verbindungsleitungen (11, 12) mit einer DC-Seite der Erregerschaltung (6) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitungsinduktivität (18) und/oder eine Leitungskapazität (20) der Verbindungsleitungen (11, 12) zwischen der Umrichterschaltung (4) und der Erregerschaltung (6) einstellbar ausgestaltet sind.Control arrangement (1) for controlling a separately excited synchronous machine (2), having a converter circuit (4) for electrically controlling stator windings (8) of the synchronous machine (2), an excitation circuit (6) for electrically controlling rotor windings (10) of the synchronous machine (2 ), a DC side of the converter circuit (4) being connected to a DC side of the exciter circuit (6) via two connecting lines (11, 12), characterized in that a line inductance (18) and/or a line capacitance (20) the connecting lines (11, 12) between the converter circuit (4) and the excitation circuit (6) are designed to be adjustable. Ansteuerungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Erregerschaltung (6) auf einer Leiterplatine (22) angeordnet ist, wobei die Verbindungsleitungen (11, 12) auf der Leiterplatine (22) der Erregerschaltung (6) positioniert und mit elektrischen Kontakten (26) eines Zwischenkreiskondensators (24) der Umrichterschaltung (4) elektrisch leitfähig verbunden sind.Control arrangement after claim 1 , the excitation circuit (6) being arranged on a circuit board (22), the connecting lines (11, 12) being positioned on the circuit board (22) of the excitation circuit (6) and having electrical contacts (26) of an intermediate circuit capacitor (24) of the converter circuit (4) are electrically conductively connected. Ansteuerungsanordnung nach Anspruch 2, wobei die Leitungsinduktivität (18) und/oder die Leitungskapazität (20) der Verbindungsleitungen (11, 12) durch mindestens eine auf der Leiterplatine (22) angeordnete Kapazität (21) und/oder mindestens einen Widerstand (19) einstellbar sind.Control arrangement after claim 2 , wherein the line inductance (18) and/or the line capacitance (20) of the connecting lines (11, 12) can be adjusted by at least one capacitance (21) and/or at least one resistor (19) arranged on the printed circuit board (22). Ansteuerungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Leitungsinduktivität (18) und/oder die Leitungskapazität (20) der Verbindungsleitungen (11, 12) durch eine Länge und/oder einen Verlauf der Verbindungsleitungen (11, 12) auf der Leiterplatine (22) einstellbar sind.Control arrangement after claim 2 or 3 , wherein the line inductance (18) and/or the line capacitance (20) of the connecting lines (11, 12) can be adjusted by a length and/or a course of the connecting lines (11, 12) on the printed circuit board (22). Ansteuerungsanordnung nach Anspruch 4, wobei die Verbindungsleitungen (11, 12) zum Einstellen der Leitungsinduktivität (18) mäanderförmig verlaufen.Control arrangement after claim 4 , Wherein the connecting lines (11, 12) to a provide the line inductance (18) run meandering. Ansteuerungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Leitungskapazität (20) der Verbindungsleitungen (11, 12) durch eine Länge und eine Oberfläche der Verbindungsleitungen (11, 12) einstellbar ist.Control arrangement after claim 4 or 5 , The line capacitance (20) of the connecting lines (11, 12) being adjustable by a length and a surface area of the connecting lines (11, 12). Ansteuerungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Ansteuerungsfrequenz der Umrichterschaltung (4) und eine Ansteuerungsfrequenz der Erregerschaltung (6) einen zeitlichen Versatz zueinander aufweisen.Control arrangement according to one of Claims 1 until 6 , wherein a drive frequency of the converter circuit (4) and a drive frequency of the excitation circuit (6) have a time offset to one another. Ansteuerungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Verbindungsleitungen (11, 12) mindestens einen trimmbaren Widerstand (19) und/oder mindestens einen trimmbaren Kondensator (21) aufweisen.Control arrangement according to one of Claims 1 until 7 , wherein the connecting lines (11, 12) have at least one trimmable resistor (19) and/or at least one trimmable capacitor (21). Fahrzeug, welches als ein Elektrofahrzeug oder als ein Hybridfahrzeug ausgestaltet ist, wobei das Fahrzeug eine Ansteuerungsanordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.Vehicle which is designed as an electric vehicle or as a hybrid vehicle, the vehicle having a control arrangement (1) according to one of the preceding claims.
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