AT528311B1 - Filterschaltung zur Einstellung eines Nullstroms, Emulationsvorrichtung und Verfahren - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filterschaltung (10) zur Einstellung eines Nullstroms an mehreren Phasen bei einer Emulation einer Last eines mehrphasigen Elektromotors. Hierzu umfasst die Filterschaltung (10) eine Gleichtaktdrossel mit einer Mehrzahl von induktiv gekoppelten Drosselspulen (11, 12, 13), die jeweils einem Phasenleiter in dem mehrphasigen Strompfad (31, 32, 33) zwischen einem Motor-Inverter (I) und einer Elektromotor-Emulationsschaltung (40) zugeordnet sind. Erfindungsgemäß umfasst die Filterschaltung (10) eine Aktivschaltung (20) zur Aufprägung einer Nullspannung an dem mehrphasigen Strompfad (31, 32, 33), für eine Verschiebung von Nullspannungen von Phasenströmen in den Phasenleitern des mehrphasigen Strompfades (31, 32, 33) mittels einer mit den Drosselspulen (11, 12, 13) induktiv gekoppelt Übertragungsspule (14); und eine aktiv steuerbare Spannungsquelle (22), die mit der Übertragungsspule (14) elektrisch verbunden ist.

Description

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Beschreibung

FILTERSCHALTUNG ZUR EINSTELLUNG EINES NULLSTROMS, EMULATIONSVORRICHTUNG UND VERFAHREN

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filterschaltung zur Einstellung eines Nullstroms an mehreren Phasen bei einer Emulation einer Last eines mehrphasigen Elektromotors, eine Emulationsvorrichtung zur Emulation einer Last eines mehrphasigen Elektromotors mit der Filterschaltung, und ein Verfahren zur Einstellung eines Nullstroms an mehreren Phasen bei einer Emulation einer Last eines mehrphasigen Elektromotors mittels der Filterschaltung.

[0002] Die Erfindung findet Anwendung in Testumgebungen für Leistungselektronik zur mehrphasigen Leistungsumformung, wie einem Emulations-Prüfstand, auf dem Inverter für Elektromotoren, insbesondere in einer geeigneten Leistungsdimensionierung als elektrischer Antrieb eines Fahrzeugs getestet werden.

[0003] Im Stand der Technik sind Prüfstände für eine Leistungselektronik wie insbesondere Inverter für elektrische Antriebe bekannt, bei denen kein realer Elektromotor an dem Prüfling angeschlossen wird, sondern eine Last eines Elektromotors oder wahlweise Lasten verschiedener Elektromotoren, die mittels angeschlossenen Schaltungen mit Leistungstransistoren und einer Steuerung basierend auf motorspezifisch parametrisierten Modellen emuliert werden.

[0004] Zudem sind für verschiedene Anwendungen passive Filterschaltungen zur Reduzierung von Gleichtaktstörungen bei höheren Frequenzen in mehrphasigen Versorgungsleitungen bekannt. Solche passiven Filterschaltungen umfassen sogenannte Gleichtaktdrosseln mit einer Drosselspule pro Phasenleiter, die gemeinsam induktiv gekoppelt sind, und eine Impedanz gegenüber asymmetrischen Strömen erzeugen, was zu einer Störungsunterdrückung führt.

[0005] Bislang ist im Rahmen der genannten Anwendung keine Schaltungstechnik bekannt, die ein weiteres Phänomen eines realen Elektromotors in einer Emulation des Elektromotors abbilden kann, nämlich das Auftreten von Ableitströmen zwischen galvanisch getrennten Phasenleitern und einem Gehäuse des Elektromotors. Demnach besteht Raum für Verbesserungen in der Schaltungstechnik für eine möglichst realistische Emulation von elektrischen Antrieben, insbesondere der virtuellen Nachbildung von spezifischen Bauformen, Typen oder Serienmodellen von Elektromotoren bei Testläufen zur Prüfung von Leistungselektronik von Antriebsinvertern.

[0006] Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Technik zu schaffen, die eine verbesserte, realistischere Abbildung von Testbedingungen in einer emulierten Testumgebung zur Prüfung von Invertern für elektrische Antriebe ermöglicht.

[0007] Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Filterschaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie darauf aufbauend, durch eine Emulationsvorrichtung mit dem Merkmalen des Anspruchs 9, ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 13. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

[0008] Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Filterschaltung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den darauf aufbauenden Gegenständen der Emulationsvorrichtung, des Systems oder des Verfahrens und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden kann.

[0009] Die erfindungsgemäße Filterschaltung dient zur Einstellung eines Nullstroms an mehreren Phasen bei einer Emulation einer Last eines mehrphasigen Elektromotors. Hierzu umfasst die Filterschaltung eine Gleichtaktdrossel mit einer Mehrzahl von Drosselspulen, die jeweils einem Phasenleiter in einem mehrphasigen Strompfad zwischen einem Motor-Inverter und einer Emulationsschaltung zugeordnet sind, für eine induktive Einflussnahme auf Phasenströme in den Phasenleitern, wobei die Drosselspulen gemeinsam um ein magnetisch permeables Element gewickelt und miteinander induktiv gekoppelt sind.

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[0010] Erfindungsgemäß umfasst die Filterschaltung eine Aktivschaltung zur Aufprägung einer abweichenden Nullspannung an dem mehrphasigen Strompfad, für eine Verschiebung von Nullspannungen der Phasenströme in den Phasenleitern des mehrphasigen Strompfades. Die Aktivschaltung umfasst: eine Übertragungsspule, die ebenfalls um das magnetisch permeable Element gewickelt angeordnet und mit den Drosselspulen induktiv gekoppelt ist, für eine Induzierung eines Wechselstroms mit der aufzuprägenden Nullspannung von der Übertragungsspule auf die Drosselspulen; und einer aktiv steuerbaren Spannungsquelle, die mit der Übertragungsspule elektrisch verbunden ist.

[0011] Die Erfindung sieht somit erstmals eine aktive Filterschaltung mit einem passiven Gleichtaktfilter in Form einer Gleichtaktdrossel und einer aktiv steuerbaren Spannungsquelle vor.

[0012] Durch diesen Aufbau erfolgt schaltungstechnisch erstmals in einer Filterschaltung eine Aufprägung einer aktiven Störung an den Phasen einer mehrphasigen Leistungsversorgung aus einem Inverter zu einem emulierten Elektromotor. Dabei können die Schwingung der Störung und der daraus resultierend angeregte Wechselstrom so gewählt werden, dass eine Nullspannung des an den Phasenleitern induzierten Wechselstroms eine zielgerichtete Abweichung zu den Nullspannungen der Phasenströme in den Phasenleitern aufweist.

[0013] Sollten die Phasenströme zuvor symmetrisch verlaufen sein, sodass zuvor kein Nullstrom zwischen Phasenleitern und einem Ableitstrom durch das Gehäuse resultiert, kann durch die Beeinflussung des induzierten Wechselstroms mit abweichender Nullspannung eine gezielte Asymmetrie in den Phasenströmen hervorgerufen werden. Infolgedessen wird bei einer Emulation, in der kein Nullstrom auftritt, eine Einstellung eines vorbestimmten modellspezifischen Nullstroms eines emulierten Elektromotors zwischen der Emulation und dem vorgeschalteten Inverter ermöglicht.

[0014] In umgekehrter Funktion einer aktiven Filterschaltung, kann in gleicher Wirkungsweise und mit derselben Schaltungstechnik, bei einer Emulation, in der ein unerwünschter Nullstrom auftritt, dieser kompensiert werden. Dazu wird wiederum ein durch die variabel erzeugte Schwingung angeregter Wechselstrom mit abweichender Nullspannung an den Phasenleitern induziert. Durch eine gezielte Abweichung der Nullspannung des induzierten Wechselstrom zu den Nullspannungen der Phasenströme, wird nach einer Überlagerung des induzierten Wechselstroms mit den Phasenströmen eine Symmetrie zwischen Phasenströmen wieder hergestellt und ein Nullstrom eliminiert.

[0015] Mit anderen Worten besteht die aktive Störung des mehrphasigen Strompfades aus einem induzierten Wechselstrom, der aus einer variabel erzeugten elektromagnetischen Schwingung aus einem Schwingkreis resultiert, und dessen Nullspannung zu derjenigen der Phasenströme verschoben ist. Nach Überlagerung der Ströme wird eine gezielte Asymmetrie der Phasenströme verursacht, oder alternativ eine unerwünschte Asymmetrie der Phasenströme kompensiert. Die Asymmetrie zwischen Phasenströmen bewirkt Nullströme zwischen Phasenleitern und einem Nulleiter. Durch die genannte Beeinflussung einer Symmetrie oder Asymmetrie zwischen den Phasenströmen, kann somit der Effekt von motorspezifischen Nullströmen emuliert werden, oder wahlweise ein Auftreten von Nullströmen bei einer Emulation im Sinne einer aktiven Filterschaltung kompensiert werden.

[0016] Nach Definition der vorliegend offenbarten Erfindung bezeichnet der Begriff Nullstrom einen Strom an einer Sternschaltung zwischen galvanisch getrennten Phasenleitern eines mehrphasigen Dreh- oder Wechselstroms und einem Fremdpotenzial, beispielsweise einem Gehäuse des Elektromotors, wobei jede Phase einen anteiligen Nullstrom zu einem gesamten Neutralleiterstrom beiträgt. In einer Sternschaltung mit drei Phasenleitern und einem Neutralleiter, ist der Nullstrom damit ein Drittel des Neutralleiterstroms. Die Ursache eines Nullstroms liegt in unterschiedlichen oder zumindest nicht identischen Kapaziäten, sogenannten Streukapazitäten zwischen jedem Phasenleiter und einer Erdung, was durch ein Maschinendesign bedingt sein kann. Anderenfalls liegt die Ursache eines Nullstroms in einer unterschiedlichen oder zumindest nicht symmetrischen Belastung der Phasen, was durch eine asymmetrische Lastverteilung einer Lastanforderung bedingt sein kann.

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[0017] Die aktiv steuerbare Spannungsquelle umfasst explizit auch eine aktiv regelbare Spannungsquelle, also eine aktive Steuerung der Spannungsquelle über einen Regelkreis. Im Rahmen der Offenbarung dieser Patentanmeldung werden die Begriffe Steuern und Regeln austauschbar verwendet. Die aktiv steuerbare Spannungsquelle ist insbesondere dazu eingerichtet, eine elektromagnetische Schwingung des zu induzierenden Wechselstrom in der Übertragungsspule anzuregen.

[0018] Die Erfindung verschafft den Vorteil, dass auftretende Ströme eines realen Elektromotors, in einem Testaufbau für Antriebsinverter mit einer Elektromotor-Emulation, realistischer und besser in der Emulation abgebildet werden. Das betrifft insbesondere die Umsetzung des Phänomens von auftretenden Nullströmen in einer Elektromotor-Emulation, so dass der zu prüfende Inverter im Testbetrieb ausgangsseitig auch dem Einfluss einer realistischen Abbildung von Nullströmen unterzogen wird.

[0019] Vorteile werden erzielt, wenn die Filterschaltung ferner umfasst: ein passives Impedanznetzwerk, das mit der Übertragungsspule elektrisch verbunden ist, für eine elektromagnetische Schwingungserzeugung, die den zu induzierenden Wechselstrom in der Übertragungsspule anregt. Das passive Impedanznetzwerk kann insbesondere eine Schwingungsschaltung sein oder umfassen.

[0020] Gemäß einem besonders vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann das passive Impedanznetzwerk als ein RLC-Schwingkreis aus elektronischen Bauelementen ausgestaltet sein, mit einer einstellbaren Widerstandskomponente, einer einstellbaren induktiven Komponente und einer einstellbaren kapazitiven Komponente. Somit können die Parameter der erzeugten Schwingung direkt elektronisch vorgegeben werden.

[0021] Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann das passive Impedanznetzwerk als ein RLC-Schwingkreis mit einem vorzugsweise einstellbaren Widerstand, einer vorzugsweise induktiv einstellbaren Spule und einem vorzugsweise kapazitiv einstellbaren Kondensator ausgestaltet sein. So wird eine analoge Alternative zum Aufbau vorgeschlagen. Ebenso sind Mischformen zwischen elektronischen und analogen Bauteilen in dem passiven Impedanznetzwerk möglich.

[0022] Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann die Aktivschaltung eine steuerbare Schalteinrichtung zum Aktivieren und Deaktivieren der Aktivschaltung umfassen, die zwischen dem passiven Impedanznetzwerk und der Spannungsquelle angeordnet ist.

[0023] Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann die Filterschaltung eine Spannungsquellen-Steuereinheit umfassen, die mit der Spannungsquelle signaltechnisch verbunden ist, für eine Steuerung der Schaltvorgänge der Spannungsquelle. Somit wird eine automatisierte oder teilautomatisierte Steuerungs- und Regelungstechnik zur Einstellung von Parametern der Filterschaltung ermöglicht.

[0024] Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann die Spannungsquellen-Steuereinheit dazu eingerichtet sein, ein gewünschtes Ausgangssignal der Spannungsquelle zu erzeugen.

[0025] Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann die Spannungsquellen-Steuereinheit mit einem an dem mehrphasigen Strompfad angeordneten Sensor zur Erfassung eines Phasenstroms und/oder Phasenspannung signaltechnisch verbunden sein, für eine Erlangung einer Spannung, Amplitude, Frequenz und/oder Phasenlage aus dem mehrphasigen Strompfad für die Steuerung der Schaltvorgänge.

[0026] Somit wird eine Parameterrückführung zur automatisierten Einregelung von Parametereinstellungen in der Filterschaltung ermöglicht.

[0027] Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann die Filterschaltung Teil einer Emulationsvorrichtung zur Emulation einer Last eines mehrphasigen Elektromotors sein. Die Emulationsvorrichtung umfasst zudem eine Emulationsschaltung mit einer Leistungselektronik und eine Mehrzahl von Phaseneingangsanschlüssen für eine mehrphasige Leistungsaufnahme der Last des mehrphasigen Elektromotors; wobei die Phaseneingangsanschlüsse jeweils

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mit einer Drosselspule der Filterschaltung elektrisch verbunden sind. Somit wird eine Integration der Filterschaltung in einer anwendungsbezogenen Emulationstechnik vorgeschlagen.

[0028] Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann die Emulationsvorrichtung eine Mehrzahl von Phasenspulen umfassen, die jeweils mit einem der Phaseneingangsanschlüsse elektrisch verbunden sind, für eine induktive Eigenschaft eines Phasenleiters der Phaseneingangsanschlüsse. Somit wird eine weitere Schaltungstechnik vorgeschlagen, welche ein realistisches Verhalten von Stromflüssen und deren Rückkoppelung auf eine Ausgangsseite eines Inverter-Prüflings im emulierten Testbetrieb verbessert.

[0029] Gemäß einem darauf aufbauenden vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann die Emulationsvorrichtung Teil eines Systems zum Prüfen eines Motor-Inverters für mehrphasige Elektromotoren gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung sein. Die Phaseneingangsanschlüsse der Emulationsschaltung sind dann jeweils einem Phasenausgangsanschluss eines mehrphasigen Leistungsausgangs des zu prüfenden Motor-Inverters zugeordnet, für die mehrphasige Leistungsaufnahme der emulierten Last. Das System umfasst zudem eine Antriebsleistungsquelle mit Potenzialausgangsanschlüssen, die jeweils einem Potenzialeingangsanschluss eines Gleichstrom-Leistungseingangs des zu prüfenden Motor-Inverters zugeordnet sind, für eine Gleichstrom-Leistungsversorgung des Motor-Inverters. Somit wird eine Integration der Filterschaltung in ein vollständiges Testumfeld zur Prüfung eines Inverters vorgeschlagen.

[0030] Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung können ein Potenzial der Antriebsleistungsquelle und ein Potenzial der Spannungsquelle der Aktivschaltung elektrisch miteinander verbunden sein. Somit können Potenzialabweichungen oder Potenzialschwankungen zwischen den Systemkomponenten verhindert werden.

[0031] Gemäß einem komplementären vorteilhaften Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Einstellung eines Nullstroms an mehreren Phasen bei einer Emulation einer Last eines mehrphasigen Elektromotors vorgeschlagen, das auf einer Nutzung der erfindungsgemäßen Filterschaltung mit der Aktivschaltung aufbaut. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

- Erzeugen von elektromagnetischer Schwingung mittels der Spannungsquelle und/oder dem passiven Impedanznetzwerk der Aktivschaltung;

- Induzieren eines aus der elektromagnetischen Schwingung resultierenden Wechselstroms auf Phasenleiter eines mehrphasigen Strompfades zwischen einem Motor-Inverter und einer Emulationsschaltung mittels der Übertragungsspule der Aktivschaltung und den induktiv gekoppelten Drosselspulen der Filterschaltung;

- Einstellen von Amplitude, Frequenz und/oder Phasenverschiebung der erzeugten elektromagnetischen Schwingung mittels der Spannungsquelle und/oder dem passiven Impedanznetzwerk der Aktivschaltung;

- Einstellen einer Nullspannung des induzierten Wechselstroms in Abhängigkeit der Einstellung der den Wechselstrom anregenden elektromagnetischen Schwingung;

- Einstellen eines Nullstroms zwischen den Phasenleitern des mehrphasigen Strompfades (31, 32, 33) und einem Neutralleiter in Abhängigkeit der Einstellung der Nullspannung des induzierten Wechselstroms zu Nullspannungen von Phasenströmen in den Phasenleitern.

[0032] Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann das Verfahren zudem die folgenden Schritte umfassen:

- Erfassen einer Spannung, Amplitude, Frequenz und/oder Phasenlage wenigstens eines Phasenstroms in dem mehrphasigen Strompfad mittels eines Sensors an dem mehrphasigen Strompfad;

- Einstellen der Amplitude, Frequenz, und/oder Phasenlage der erzeugten elektromagnetischen Schwingung in Bezug zu dem wenigstens einen erfassten Phasenstrom mittels der Spannungsquelle und/oder dem passiven Impedanznetzwerk der Aktivschaltung.

[0033] Somit wird eine komplementäre Verfahrenstechnik zur Anwendung der erfindungsgemä

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Ben Schaltungstechnik vorgeschlagen.

[0034] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist.

[0035] Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Prüfsystems für Inverter mit der erfindungsgemäßen Filterschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

[0036] Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Systems 100 zum Prüfen eines MotorInverters | für mehrphasige Elektromotoren. Das System 100 umfasst eine Leistungsversorgung 60 mit zwei Potenzialausgangsanschlüssen 64 und 65 zur Bereitstellung einer Gleichstrom-Versorgungsleistung, ähnlich einer Spannung einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs.

[0037] In dem System 100 ist als Prüfling ein Motor-Inverter | über zwei Potenzialeingangsanschlüsse 1-4 und I-5 an den Potenzialausgangsanschlüssen 64 und 65 der Leistungsversorgung 60 angeschlossen. Ein negatives Eingangspotenzial ist mit Zwischenschaltung eines Kondensators geerdet. Die Eingangspotentiale können absichtlich und/oder parasitär mit der Erde kapazitiv verbunden sein.

[0038] Der Motor-Inverter | umfasst einen mehrphasigen Ausgang mit drei Phasenausgangsanschlüssen 1-1, I-2 und 1-3 zur Bereitstellung einer Wechselstrom-Antriebsleistung für eine Ansteurung von Statorspulen eines Elektromotors. Daran sind drei Phasenleiter eines mehrphasigen Strompfades 31, 32 und 33 angeschlossen, die zu einer Emulationsvorrichtung 50 führen. Die Emulationsvorrichtung 50 emuliert eine Last eines Elektromotors und speist die aus dem MotorInverter | und über den mehrphasigen Strompfad 31, 32 und 33 zugeführte Wechselstrom-Antriebsleistung beispielsweise in den DC-Zwischenkreis zurück und/oder setzt diese in Abwärme an einer Wärmesenke (nicht dargestellt) um.

[0039] Die Emulationsvorrichtung 50 umfasst eine Emulationsschaltung 40 und eine Filterschaltung 10 mit einer Aktivschaltung 20. Der mehrphasige Strompfad 31, 32 und 33 passiert in der Emulationsvorrichtung 50 die Filterschaltung 10, die später beschrieben wird, und endet an einem mehrphasigen Eingang der Emulationsschaltung 40 mit drei Potentialeingangsanschlüssen 41, 42 und 43. Die Emulationsschaltung 40 umfasst Leistungstransistoren, die an den drei Potentialeingangsanschlüssen 41, 42 und 43 eine dreiphasige Leistungsaufnahme als Last eines Elektromotors nachbilden. Eine Emulationssteuerung (nicht dargestellt) steuert die Leistungstransistoren der Emulationsschaltung 40 derart, dass charakteristische Merkmale und Verläufe von Leistungsflüssen durch Statorspulen eines spezifischen Elektromotorentyps unter wechselnden Betriebsbedingungen der Drehzahl- und Drehmomentanforderung nachgestellt und umgesetzt, also emuliert werden. Ein negatives Ausgangspotenzial der Emulationsschaltung 40 ist mit Zwischenschaltung eines parasitären Kondensators geerdet.

[0040] Darüber hinaus umfasst die Emulationsvorrichtung 50 drei Phasenspulen 51, 52 und 53, die zwischen den drei Potentialeingangsanschlüssen 41, 42 und 43 der Emulationsschaltung 40 sowie den Phasenleitern des mehrphasigen Strompfads 31, 32 und 33 geschaltet sind. Die Phasenspulen 51, 52 und 53 bringen eine Induktanz in die mehrphasige Schaltung der Emulationsvorrichtung 50 ein, die einer Induktanz von Statorspulen in einem realen Elektromotor ähnlich ist oder einer solchen entspricht, und die Phasenströme beim Auf- und Abbau der elektromagnetischen Statorfelder in einem realen Elektromotor beeinflusst.

[0041] Die Filterschaltung 10 ist den drei Phasenspulen 51, 52 und 53 in dem mehrphasigen Strompfad 31, 32 und 33 vorgeschaltet. Die Filterschaltung 10 umfasst eine Gleichtaktdrossel mit drei Drosselspulen 11, 12 und 13, die jeweils in einem der Phasenleiter des mehrphasigen Strompfads 31, 32 und 33 zwischengeschaltet sind. Die Drosselspulen 11, 12 und 13 sind alle um einen gemeinsamen weichmagnetischen Kern gewickelt, also um ein und dasselbe magnetisch permeable Element 15. Dieses kann beispielsweise ringförmig, als Stab oder E-förmig ausgebildet sein, und stellt eine induktive Koppelung zwischen den Drosselspulen 11, 12 und 13 her. Dieser Aufbau der Gleichtaktdrossel dient als passiver Teil der Filterschaltung 10, der Gleichtaktstörungen wie ein Rauschen bei höheren Schaltfrequenzen der Leistungsumformung des Motor-Inverters | re-

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duziert. Die Kondensatoren bilden den Pfad für Gleichtaktstörungen.

[0042] Die Filterschaltung 10 umfasst die Aktivschaltung 20, die mit einem passiven Impedanznetzwerk 21 zur Erzeugung elektromagnetischer Schwingung und einer eigenen Spannungsquelle 22 zur Versorgung der Schwingungserzeugung ausgestattet ist. Ebenso verfügt die Aktivschaltung 20 über eine steuerbare Schalteinrichtung 23, welche eine Stromzufuhr aus der Spannungsquelle 22 zu dem passiven Impedanznetzwerk 21 trennt oder verbindet. Eine Steuereinheit (nicht dargestellt) steuert eine Taktung von Schaltvorgängen der Schalteinrichtung 23, wodurch eine Ladungsverschiebung innerhalb des passiven Impedanznetzwerks 21 in Schwingung versetzt wird. Das passive Impedanznetzwerk 21 hat den Aufbau eines RLC-Schwingkreises, also einer Reihenschaltung oder Parallelschaltung von einem Widerstand, einer Induktivität und einer Kapazität. Diese Komponenten sind in einem Ausführungsbeispiel des passiven Impedanznetzwerk 21 als elektronische Bauelemente realisiert, in einem anderen Ausführungsbeispiel sind sie als analoge Bauelemente wie ein Widerstand, eine Spule und ein Kondensator realisiert.

[0043] Die Aktivschaltung 20 umfasst auch eine Übertragungsspule 14, die mit einem Pol des passiven Impedanznetzwerks 21 verbunden ist. Die aus dem passiven Impedanznetzwerk 21 erzeugte elektromagnetische Schwingung erzeugt durch Ladungsverschiebung in der Übertragungsspule 14 einen Wechselstrom in derselben. Die Übertragungsspule 14 ist in der Gleichtaktdrossel integriert. Genauer genommen ist die Übertragungsspule ebenso wie die Drosselspulen 11, 12 und 13 um dasselbe magnetisch permeable Element 15 gewickelt. Somit sind sowohl die Drosselspulen 11, 12 und 13 als auch die Übertragungsspule 14 miteinander induktiv gekoppelt. Diese Koppelung ermöglicht es, den aus der erzeugten elektromagnetischen Schwingung angeregten Wechselstrom in der Übertragungsspule 14 auf die Drosselspulen 11, 12 und 13 an den Phasenleitern des mehrphasigen Strompfads 31, 32 und 33 als Störung auf die Phasenströme zu induzieren. Dabei wird eine Nullspannung des induzierten Wechselstroms auf die Nullspannungen der Phasenströme aufgeprägt, oder mit anderen Worten überlagert und daraus resultierend verschoben.

[0044] Eine Steuerung zur Schwingungserzeugung aus der Aktivschaltung 20 umfasst eine Taktung der Schaltvorgänge der Schalteinrichtung 23 und eine Variierung der der Komponenten des Widerstands, der Induktanz und der Kapazität des RLC- Schwingkreises des passiven Impedanznetzwerk 21. Hierfür ist ein Sensor (nicht dargestellt) zur Erfassung von Phasenverläufe, also Parametern wie einer Frequenz, Amplitude und Phasenverschiebung in den Phasenleitern des mehrphasigen Strompfads 31, 32 und 33 als Rückführung für die Steuerung vorgesehen. Über eine Regelstrecke wird die erzeugte Schwingung zur Störung der Phasenströme in den Phasenleitern des mehrphasigen Strompfads 31, 32 und 33 auf die Phasenverläufe der aus den Phasenausgangsanschlüssen 1-1, I-2 und I-3 des Motor-Inverters | bereitgestellten WechselstromAntriebsleistung abgestimmt.

[0045] Die Steuerung der erzeugten Schwingung aus der Aktivschaltung 20 zielt darauf ab, dass die Störung des mehrphasigen Strompfads 31, 32 und 33 eine Symmetrie oder Asymmetrie der Phasenströme beeinträchtigt, wodurch auf den mehrphasigen Strompfad 31, 32 und 33 und den vorgeschalteten, zu prüfenden Motor-Inverter | die Wirkung von auftretenden Nullströmen wie an einem realen Elektromotor erzielt wird. Genauer genommen wird aus der erzeugten Schwingung und deren resultierende Ladungsverschiebung in der Übertragungsspule 14 ein Wechselstrom erzeugt, der eine unterschiedliche Nullspannung zu derjenigen der Phasenströme aufweist. Nach Überlagerung des übertragenen Wechselstroms auf die Phasenströme wird eine asymmetrische Verschiebung der Nullspannung der Phasenströme verursacht.

[0046] In einem alternativen Anwendungsbeispiel desselben Aufbaus des Systems 100 mit derselben Schaltungstechnik der Filterschaltung 10, welche die Aktivschaltung 20 umfasst, übernimmt die Steuerung der erzeugten Schwingung eine Funktion für eine aktive Filterschaltung 10. Dabei zielt die Steuerung darauf ab, einen im Rahmen der Emulation unerwünscht erzeugten Nullstrom zu kompensieren. Hierzu wird eine Schwingung erzeugt und als Wechselstrom einer resultierenden Ladungsverschiebung in der Übertragungspule 14 an den Phasenleitern des mehrphasigen Strompfads 31, 32 und 33 induziert, dessen Nullspannung einer Asymmetrie der

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Phasenströme entgegen wirkt, so dass eine Symmetrie der Phasenströme wieder hergestellt und der unerwünschte Nullstrom aufgehoben wird.

[0047] Die voranstehenden Erläuterungen der Ausführungsformen beschreiben die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

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BEZUGSZEICHENLISTE

10 Filterschaltung 11 Drosselspule 12 Drosselspule 13 Drosselspule

14 Übertragungsspule

15 magnetisch permeables Element 20 Aktivschaltung

21 passives Impedanznetzwerk

22 Spannungsquelle

23 Schalteinrichtung

31 Phasenleiter des mehrphasigen Strompfads 32 Phasenleiter des mehrphasigen Strompfads 33 Phasenleiter des mehrphasigen Strompfads 40 Emulationsschaltung

41 Phaseneingangsanschluss

42 Phaseneingangsanschluss

43 Phaseneingangsanschluss

50 Emulationsvorrichtung

51 Phasenspule

52 Phasenspule

53 Phasenspule

60 Leistungsversorgung

64 Potenzialausgangsanschluss

65 Potenzialausgangsanschluss

100 Prüfsystem

| Motor-Inverter

1-1 Phasenausgangsanschluss 1-2 Phasenausgangsanschluss 1-3 Phasenausgangsanschluss 1-4 Potenzialeingangsanschluss 1-5 Potenzialeingangsanschluss

Claims (1)

1. A ‚hes AT 528 311 B1 2025-12-15

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   Patentansprüche

   1. Filterschaltung (10) zur Einstellung eines Nullstroms an mehreren Phasen bei einer Emulation einer Last eines mehrphasigen Elektromotors, aufweisend:

   eine Gleichtaktdrossel mit einer Mehrzahl von Drosselspulen (11, 12, 13), die jeweils einem Phasenleiter in einem mehrphasigen Strompfad (31, 32, 33) zwischen einem Motor-Inverter (I) und einer Elektromotor-Emulationsschaltung (40) zugeordnet sind, für eine induktive Einflussnahme auf Phasenströme in den Phasenleitern, wobei

   die Drosselspulen (11, 12, 13) gemeinsam um ein magnetisch permeables Element (15) gewickelt und miteinander induktiv gekoppelt sind;

   dadurch gekennzeichnet, dass

   die Filterschaltung (10) eine Aktivschaltung (20) zur Aufprägung einer Nullspannung an dem mehrphasigen Strompfad (31, 32, 33) aufweist, für eine Verschiebung von Nullspannungen der Phasenströme in den Phasenleitern des mehrphasigen Strompfades (31, 32, 33), umfassend:

   eine Übertragungsspule (14), die ebenfalls um das magnetisch permeable Element (15) gewickelt angeordnet und mit den Drosselspulen (11, 12, 13) induktiv gekoppelt ist, für eine Induzierung eines Wechselstroms mit der aufzuprägenden Nullspannung von der Übertragungsspule (14) auf die Drosselspulen (11, 12, 13);

   und

   eine aktiv steuerbare Spannungsquelle (22), die mit der Übertragungsspule (14) elektrisch verbunden ist.

   2. Filterschaltung (10) nach Anspruch 1, ferner umfassend ein passives Impedanznetzwerk (21), das mit der Übertragungsspule (14) elektrisch verbunden ist, für eine elektromagnetische Schwingungserzeugung, die den zu induzierenden Wechselstrom in der Übertragungsspule (14) anregt.

   3. Filterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das passive Impedanznetzwerk (21) als ein RLC-Schwingkreis aus elektronischen Bauelementen ausgestaltet ist, mit einer einstellbaren Widerstandskomponente, einer einstellbaren induktiven Komponente und einer einstellbaren kapazitiven Komponente.

   4. Filterschaltung (10) nach Anspruch 2 oder 3, wobei das passive Impedanznetzwerk (21) als ein RLC-Schwingkreis mit einem vorzugsweise einstellbaren Widerstand, einer vorzugsweise induktiv einstellbaren Spule und einem vorzugsweise kapazitiv einstellbaren Kondensator ausgestaltet ist.

   5. Filterschaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Aktivschaltung (20) eine steuerbare Schalteinrichtung (23) zum Aktivieren und Deaktivieren der Aktivschaltung (20) umfasst, die zwischen dem passiven Impedanznetzwerk (21) und der Spannungsquelle (22) angeordnet ist.

   6. Filterschaltung (10) nach Anspruch 5, aufweisend eine Spannungsquellen-Steuereinheit, die mit der Spannungsquelle (22) signaltechnisch verbunden ist, für eine Steuerung der Schaltvorgänge der Spannungsquelle (22).

   7. Filterschaltung (10) nach Anspruch 6, wobei die Spannungsquellen-Steuereinheit dazu eingerichtet ist, ein gewünschtes Ausgangssignal der Spannungsquelle (22) zu erzeugen.

   8. Filterschaltung (10) nach Anspruch 7, wobei die Spannungsquellen-Steuereinheit mit einem an dem mehrphasigen Strompfad (31, 32, 33) angeordneten Sensor zur Erfassung eines Phasenstroms und/oder Phasenspannung signaltechnisch verbunden ist, für eine Erlangung einer Spannung, Amplitude, Frequenz und/oder Phasenlage aus dem mehrphasigen Strompfad (31, 32, 33) für die Steuerung der Schaltvorgänge.

   10.

   11.

   12.

   13.

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   Emulationsvorrichtung (50) zur Emulation einer Last eines mehrphasigen Elektromotors, aufweisend:

   die Filterschaltung (10) zur Einstellung eines Nullstroms an mehreren Phasen bei der Emulation der Last des mehrphasigen Elektromotors nach einem der Ansprüche 1 bis 8; und

   eine Emulationsschaltung (40) mit einer Leistungselektronik und einer Mehrzahl von Phaseneingangsanschlüssen (41, 42, 43) für eine mehrphasige Leistungsaufnahme der Last des mehrphasigen Elektromotors; wobei

   die Phaseneingangsanschlüsse (41, 42, 43) jeweils mit einer Drosselspule (11, 12, 13) der Filterschaltung (10) elektrisch verbunden sind.

   Emulationsvorrichtung (50) nach Anspruch 9, aufweisend eine Mehrzahl von Phasenspulen (51, 52, 53), die Jeweils mit einem der Phaseneingangsanschlüsse (41, 42, 43) elektrisch verbunden sind, für eine induktive Eigenschaft eines Phasenleiters der Phaseneingangsanschlüsse (41, 42, 43).

   System (100) zum Prüfen eines Motor-Inverters (I) für mehrphasige Elektromotoren, aufweisend:

   die Emulationsvorrichtung (50) zur Emulation einer Last eines mehrphasigen Elektromotors nach Anspruch 9 oder 10, wobei

   die Phaseneingangsanschlüsse (41, 42, 43) der Emulationsschaltung (40) jeweils einem Phasenausgangsanschluss (l-1, 1-2, 1-3) eines mehrphasigen Leistungsausgangs des zu prüfenden Motor-Inverters (I) zugeordnet sind, für die mehrphasige Leistungsaufnahme der emulierten Last; und

   eine Antriebsleistungsquelle (60) mit Potentialausgangsanschlüssen (64, 65), die jeweils einem Potentialeingangsanschluss (1-4, 1-5) eines Gleichstrom-Leistungseingangs des zu prüfenden Motor-Inverters (I) zugeordnet sind, für eine Gleichstrom-Leistungsversorgung des Motor-Inverters (|).

   System (100) zum Prüfen eines Motor-Inverters (I) nach Anspruch 11, wobei ein Potential der Antriebsleistungsquelle (60) und ein Potential der Spannungsquelle (22) der Aktivschaltung (20) elektrisch miteinander verbunden sind.

   Verfahren zur Einstellung eines Nullstroms an mehreren Phasen bei einer Emulation einer Last eines mehrphasigen Elektromotors mittels der Filterschaltung (10) mit der Aktivschaltung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit den Schritten:

   - Erzeugen von elektromagnetischer Schwingung mittels der Spannungsquelle (22) und/ oder dem passiven Impedanznetzwerk (21) der Aktivschaltung (20);

   - Induzieren eines aus der elektromagnetischen Schwingung resultierenden Wechselstroms auf Phasenleiter eines mehrphasigen Strompfades (31, 32, 33) zwischen einem Motor-Inverter (I) und einer Emulationsschaltung (40) mittels der Übertragungsspule (14) der Aktivschaltung (20) und den induktiv gekoppelten Drosselspulen (11, 12, 13) der Filterschaltung (10);

   - Einstellen von Amplitude, Frequenz und/oder Phasenverschiebung der erzeugten elektromagnetischen Schwingung mittels der Spannungsquelle (22) und/oder dem passiven Impedanznetzwerk (21) der Aktivschaltung (20);

   - Einstellen einer Nullspannung des induzierten Wechselstroms in Abhängigkeit der Einstellung der den Wechselstrom anregenden elektromagnetischen Schwingung; und

   - Einstellen eines Nullstroms zwischen den Phasenleitern des mehrphasigen Strompfades (31, 32, 33) und einem Neutralleiter in Abhängigkeit der Einstellung der Nullspannung des induzierten Wechselstroms zu Nullspannungen von Phasenströmen in den Phasenleitern.

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   14. Verfahren nach Anspruch 13, ferner mit den Schritten:

   - Erfassen einer Spannung, Amplitude, Frequenz und/oder Phasenlage wenigstens eines Phasenstroms in dem mehrphasigen Strompfad (31, 32, 33) mittels eines Sensors an dem mehrphasigen Strompfad (31, 32, 33);

   - Einstellen der Amplitude, Frequenz, und/oder Phasenlage der erzeugten elektromagnetischen Schwingung in Bezug zu dem wenigstens einen erfassten Phasenstrom mittels der Spannungsquelle (22) und/oder dem passiven Impedanznetzwerk (21) der Aktivschaltung (20).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen