EP4505594A1 - Verfahren zum betreiben eines wechselrichters, wechselrichter sowie haushaltsgerät - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines wechselrichters, wechselrichter sowie haushaltsgerät

Info

Publication number
EP4505594A1
EP4505594A1 EP23716313.4A EP23716313A EP4505594A1 EP 4505594 A1 EP4505594 A1 EP 4505594A1 EP 23716313 A EP23716313 A EP 23716313A EP 4505594 A1 EP4505594 A1 EP 4505594A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
operating
clock rate
component
inverter
operating clock
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23716313.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Hoser
Roman Mayer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Hausgeraete GmbH
Publication of EP4505594A1 publication Critical patent/EP4505594A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an inverter, to which a stator winding of an electrical alternating voltage machine is electrically connected, which drives a component which rotates at least partially about an axis of rotation during normal operation of a household appliance, the inverter applying an electrical alternating voltage to the stator winding is provided by means of at least one series circuit of the inverter having two switching elements, the series circuit being supplied with an intermediate circuit DC voltage, switching signals for the switching elements being provided by means of a control unit of the inverter, the control unit controlling the switching signals according to a pulse width modulation principle based on a clock rate depending on an operating signal determined for the component, whereby the clock rate is greater than a frequency corresponding to the speed of the component.
  • the invention further relates to an inverter for applying an electrical alternating voltage to a stator winding of an electrical alternating voltage machine, which is electrically connected to the inverter and which drives a component which rotates at least partially about an axis of rotation during normal operation of a household appliance, with an electrical alternating voltage
  • the inverter having at least one series circuit having two switching elements for providing the alternating voltage and a control unit for providing switching signals for the switching elements, wherein the series connection can be supplied with an intermediate circuit direct voltage
  • the control unit being designed to determine the switching signals according to a pulse width modulation principle based on a clock rate depending on an operating signal for the component, where the clock rate is greater than a frequency corresponding to a speed of the component.
  • the invention also relates to a household appliance with a component which rotates at least temporarily about an axis of rotation during normal operation of the household appliance, an electrical alternating voltage machine which is rotationally coupled to the component for rotatably driving the component, wherein the AC machine has a stator winding, and an inverter electrically connected to the stator winding for supplying the AC machine.
  • Household appliances that have a component that rotates about an axis of rotation when the household appliance is operating as intended, inverters and methods for their operation are basically extensively known in the prior art.
  • Such household appliances are, for example, washing machines, tumble dryers, refrigerators, dishwashers or the like.
  • these household appliances require rotatable devices which have at least one rotating component, for example in a household refrigeration appliance a drive shaft of a rotationally driven compressor, in particular without a gear ratio, in a washing machine a drive pin of a rotationally drivable washing drum, in particular in a washing machine with a gear ratio Coupling the drive with the washing drum using a belt clutch, or the like.
  • the rotatable component can be, for example, a drive shaft, a rotatably mounted pin, a belt slide or the like.
  • the rotatable component can be a drive shaft.
  • the rotating component is rotatably driven during normal operation by means of a rotor of an electrical alternating voltage machine.
  • the electrical alternating voltage machine is usually designed as a rotating or rotatable electrical machine and is also extensively known in the prior art, so that there is no need for separate printed evidence in this regard, just as for the household appliance.
  • a rotating electrical machine is a device that converts electrical energy into mechanical energy, in particular rotational energy, in motor operation, and/or converts mechanical energy into electrical energy in generator operation.
  • the movement is usually a rotary movement which is carried out by a rotor of the rotating electrical machine which is rotatably arranged relative to a stand of the rotating electrical machine.
  • the stand In contrast to the rotor, the stand is usually arranged in a rotationally fixed manner, that is, with one Rotary movement is a rotational movement of the rotor relative to the stand.
  • the rotor is arranged to be rotatable relative to the stand, with an air gap generally being formed between the rotor and the stand.
  • stator and the rotor are linked by means of a magnetic flux, whereby the force effect or torque is provided during motor operation, which drives the rotor to rotate relative to the stator.
  • generator operation mechanical energy supplied to the rotor is converted into electrical energy in the form of rotation in conjunction with torque.
  • stator has an electrical winding through which an electric current flows, also called a stator winding.
  • stator winding an electrical winding through which an electric current flows
  • the rotor can also have an electrical winding as a rotor winding and/or one or more permanent magnets.
  • the stator winding is supplied with alternating voltage.
  • a single-phase or a multi-phase stator winding can be provided, which is accordingly supplied with a single-phase or multi-phase electrical alternating voltage.
  • a multi-phase alternating voltage generally has phase alternating voltages corresponding to the number of phases, which generally have approximately the same frequency and approximately the same amplitude, but are shifted relative to one another with regard to their phase position.
  • a very common multi-phase alternating voltage is, for example, a three-phase alternating voltage in which the phase voltages are each shifted in phase by 120°. Such an alternating voltage is also used, for example, in the public energy supply network.
  • an inverter is a form of energy converter or energy converter, by means of which electrical energy of a first form, for example a direct voltage, can be converted or transformed into electrical energy of a second form, namely an alternating voltage.
  • Inverters are usually used in the form of so-called static energy converters or energy converters, which means that, unlike dynamic energy converters or energy converters, they do not have any mechanically movable, in particular rotatable, parts.
  • Inverters of the generic type are designed as static energy converters or energy converters, as a rule as clocked electronic energy converters or energy converters, and for this purpose generally have at least one series connection of two switching elements connected in series.
  • the series connection is connected to a DC link and is accordingly supplied with a DC link voltage.
  • the stator winding of the AC machine is connected to a center tap of the series connection.
  • the switching elements are supplied with switching signals that are provided by a control unit of the inverter or household appliance.
  • the control unit determines the switching signals according to a pulse width modulation (PWM) principle based on a clock rate depending on an operating signal for the component.
  • PWM pulse width modulation
  • the operating signal can be provided by a higher-level control device of the household appliance and can, for example, indicate data or signal values relating to a speed of the component, a torque and/or the like.
  • the operating signal for the component is usually an electronic signal, which can be in the form of an analog and/or digital signal.
  • the operating signal is provided, for example, by the higher-level control device, which is part of the household appliance and which can include an operating device by means of which the household appliance or its functions can be controlled or adjusted by a user.
  • the clock rate is usually significantly higher than a frequency corresponding to the speed of the component.
  • the stator winding is usually supplied with an alternating voltage, which is essentially a rectangular alternating voltage corresponding to the pulse width modulation. According to the pulse width modulation, an electrical current is established in the stator winding, so that in this way the function of the AC machine and, as a result, also the drive function of the rotating component can be adjusted.
  • the control unit evaluates and determines the operating signal for the component for example the speed, the torque and/or the like. Depending on this, the switching signals for the switching elements are then determined.
  • the pulse width modulation principle is basically known in the prior art, for example from “Control methods for self-commutated power converters” by Felix Jenni and Dieter Wüest, University publishing house at ETH Zurich, Stuttgart, Teubner, 1995, ISBN 3-519-06176-7, which is why detailed explanations of the pulse width modulation principle are omitted here.
  • WO 2008/141407 A1 also discloses a method and a system for reducing electromagnetic interference in a cooling system.
  • the invention is based on the object of improving the efficiency, the electromagnetic compatibility and/or the acoustics.
  • the invention proposes a method, an inverter and a household appliance according to the independent claims.
  • the invention proposes in particular that an operating speed of the component to be set is determined depending on the operating signal, an operating clock rate is assigned to the operating speed, the switching signals are determined based on the operating clock rate, the operating speed of the component is set and the Switching elements are supplied with the switching signals based on the operating clock rate either before or only after setting the operating speed.
  • the control unit is designed to determine an operating speed of the component to be set depending on the operating signal, to assign an operating clock rate to the operating speed, to determine the switching signals based on the operating clock rate, the operating speed of the component and to apply the switching signals based on the operating clock rate to the switching elements either before or only after setting the operating speed.
  • the invention proposes that the inverter is designed according to the invention.
  • the invention is based, among other things, on the idea that at least the efficiency, the electromagnetic compatibility, in particular with regard to line-related interference, or the acoustics can be improved by a suitable choice of the clock rate. It is therefore possible that the clock rate can be reduced, especially at a comparatively low speed of the AC machine, so that switching losses of the inverter can be reduced overall. This allows the efficiency to be improved. In addition, it is possible that when disruptive, acoustically perceptible noises occur, which can be detected, for example, by means of a suitable acoustic sensor, the clock rate is changed in such a way that, depending on this, a reduction in the disruptive acoustic noises can be achieved.
  • an improvement in terms of electromagnetic compatibility can also be achieved.
  • the maximum operating clock rate does not need to be selected, but rather it can be selected to be smaller accordingly.
  • the invention therefore creates a possibility of improving the efficiency and/or improving the acoustics.
  • a combination can also be provided that, for example, a clock rate can be reduced to improve the efficiency, especially in a partial load range in which a speed of the AC machine or the component is low, at the same time the reduction in the clock rate can be selected so that At least the acoustics are not worsened.
  • the varying or changing of the operating clock rate is therefore preferably carried out essentially outside of dynamic processes in relation to the speed of the component, such as acceleration, braking and/or the like.
  • further parameters can also be taken into account, such as a temperature of the inverter, in particular its switching elements, a current value of the DC link voltage to which the inverter is electrically coupled, and/or the like. It can thus be provided that the operating clock rate is smaller at a high temperature than at a low temperature. Furthermore, it can be provided that the operating clock rate is smaller with a large DC link voltage than with a small DC link voltage.
  • the set operating speed is a target speed of the rotor of the AC machine or the component.
  • the operating clock rate is preferably not changed or varied while the set operating speed is reached. This means that the assignment of the operating clock rate preferably takes place either before the operating speed is set, in particular before the process of setting the operating speed is started, or only when the set operating speed is reached.
  • an operating speed to be set for the component is first determined depending on the operating signal.
  • the control unit can evaluate the operating signal accordingly and determine the operating speed to be set.
  • an operating clock rate can be assigned to it, for example by assigning an operating clock rate to the operating speed using a table.
  • functional relationships can also be used to be able to calculate the operating clock rate, for example based on the operating speed.
  • the control unit can, for example, have a program-controlled computer unit which uses a computer program to calculate the operating clock rate depending on the operating speed within the scope of the assignment.
  • the switching signals can be based on this using the Pulse width modulation principle can be determined.
  • the operating speed of the component is then set using the control unit.
  • the inverter that is, in particular its switching elements, is controlled accordingly so that the component assumes the operating speed.
  • the switching signals determined on the basis of the operating clock rate do not need to be applied during the period determined thereby. Only then are the switching elements supplied with the switching signals based on the operating clock rate.
  • the invention is particularly suitable, among other things, for use in refrigerators for use in the household. However, it is not limited to this application and can of course also be used in almost any other household appliances that have rotatable components that are to be driven by an AC machine.
  • the invention is particularly suitable even if the component to be driven essentially does not provide a uniform, in particular constant, torque.
  • the invention makes it possible to take into account torque fluctuations, such as those that can occur, for example, in a reciprocating piston compressor of a refrigeration appliance, for the intended operation, as will be explained further below.
  • the alternating voltage machine is an electrical machine, in particular a rotating electrical machine, to which alternating voltage is applied during normal operation.
  • This alternating voltage is provided by the inverter, with the alternating voltage being provided depending on the operating signal for the component, so that the component is activated by means of the operating signal in one desired operating state can be operated.
  • the inverter in turn is connected to a DC intermediate circuit or it comprises such a DC intermediate circuit, to which the at least one series circuit consisting of the two switching elements is preferably also connected.
  • the DC link provides a DC link voltage that is converted or transformed into the AC voltage by means of the inverter. The inverter thus creates an electrical coupling between the DC intermediate circuit and the stator winding of the electrical AC machine.
  • the switching elements of the at least one series circuit are operated in a predetermined switching mode.
  • a switching element or an electronic switching element, in particular a semiconductor switch, in the sense of this disclosure is a preferably controllable electronic switching element, for example a transistor, a thyristor, combination circuits thereof, in particular with parallel-connected freewheeling diodes, for example a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET ), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), preferably with integrated freewheeling diodes, or the like.
  • the switching element is operated in switching mode.
  • the switching operation of the semiconductor switch in the form of a transistor means that in an on switching state a very low electrical resistance is provided between the connections of the transistor forming the switching path, so that a high current flow is possible with a very low residual voltage.
  • the switching path of the transistor has a high resistance, that is, it provides a high electrical resistance, so that even with a high voltage applied to the switching path, there is essentially no or only a very low, in particular negligible, current flow. This differs from linear operation with transistors.
  • the DC intermediate circuit can be electrically coupled to a DC voltage source to provide an electrical energy supply.
  • the DC intermediate circuit is connected to an AC voltage network, for example a public energy supply network or the like, via a further energy converter or energy converter.
  • the energy converter or energy converter required for this can convert an alternating voltage into a direct voltage for this purpose, as can be achieved, for example, by means of a rectifier unit or the like.
  • the inverter is usually designed accordingly and can, for example, have at least one respective series connection of two switching elements to provide a respective phase alternating voltage.
  • the switching elements can be operated in a complementary manner, whereby the stator winding or the corresponding phase of the stator winding can be connected between the two series connections, namely their respective center taps.
  • All series circuits are preferably connected in parallel and electrically coupled to the DC intermediate circuit.
  • the clock rate on the basis of which the switching signals are provided according to the pulse width modulation principle, is preferably at least twice as large as the frequency corresponding to the speed of the component.
  • the clock rate is often at least five to ten times, for example 40 times, as large as the frequency corresponding to the speed of the component.
  • the clock rate is therefore selected in relation to the frequency corresponding to the maximum speed of the component.
  • Changing the clock rate according to the invention is preferably carried out in two sections, namely in that in a first section the operating speed of the component to be set is first determined depending on the operating signal, the operating speed is assigned to the operating speed, the switching signals are determined based on the operating clock rate and the operating speed the component is set. Thereafter In a second section, in particular when the component has reached the operating speed, the switching elements can be supplied with the switching signals based on the operating clock rate. Alternatively, it can also be provided that the second section is carried out before the operating speed is set.
  • the invention therefore avoids making changes to the operating clock rate at the same time, particularly when the operating state of the component changes, such as changing the operating speed. As a result, a high level of stability and reliability of the process can be achieved with the invention.
  • the invention makes it possible to detect acoustic effects and, if necessary, to intervene with a modified first section in order to improve the acoustics.
  • Changing the operating clock rate can take place over a predetermined period of several operating clocks.
  • the operating clock rate is switched at a predetermined time, which is determined by the control unit.
  • the operating speed is a speed of the component that is to be set for a desired operating state of the component to be set.
  • This operating state can be specified by the operating signal via the control device of the household appliance.
  • the control unit determines the operating clock rate depending on the operating signal or the operating speed that is to be set and assigns this to the operating speed that is to be set. This can be done by, for example, calculating the appropriate operating clock rate as part of the assignment based on an operating speed value for the component based on the functional relationship. This can be a single value that can be individually assigned to the respective operating speed. However, it can also be provided that one is selected from a plurality of possible operating clock rates that can be assigned to this operating speed.
  • the operating clock rate can be reassigned, for example if acoustic disturbances or the like occur. It can also be provided that the operating clock rate is determined using an assignment table. Based on this, the control unit determines the switching signals using the pulse width modulation principle. As soon as the operating speed of the component is set to the operating speed to be set, the control unit can connect the switching elements of the inverter with the ones on it Operating clock rate based switching signals. This means that the operating clock rate has been changed.
  • the control unit is preferably designed as an electronic hardware circuit and can have a program-controlled computer unit in order to implement the desired functionality.
  • the control unit can also be formed solely by the computer unit or can also have a combination of a hardware circuit with the computer unit. Basically, however, there is also the possibility that the control unit exclusively comprises a hardware circuit.
  • the control unit can also be at least partially encompassed by the higher-level control device of the household appliance. However, it can also be provided as a separate component in the household appliance. In particular, it is at least partially provided as a component of the inverter.
  • a maximum operating clock rate or an operating clock rate dependent on the operating speed to be set is set during an acceleration process of the component.
  • the maximum operating clock rate means that a maximum operating speed of the component can also be achieved reliably and without problems.
  • the maximum operating clock rate or the operating clock rate dependent on the operating speed to be set is preferably set at least briefly for the beginning or at the beginning of the acceleration process.
  • the operating clock rate set before the braking process is maintained during a braking process of the component. This can also improve the stability and reliability of the process during normal operation.
  • the maximum operating clock rate does not need to be set during the braking process, especially since during a braking process it can be assumed that the operating speed is in decreases over time.
  • the operating cycle rate set immediately before the braking process is therefore usually sufficient to reliably implement a reduced operating speed of the component.
  • the operating clock rate is set depending on the current operating speed.
  • This development makes it possible to further improve the method according to the invention by adjusting the operating clock rate, adapted to the current operating speed reached after the acceleration process or the braking process, to the then existing operating speed.
  • the previously explained method according to the invention can be carried out again, preferably according to the two sections described above.
  • the operating clock rate is determined linearly depending on the operating speed.
  • the operating clock rate can be determined via a constant factor proportional to the operating speed. This enables a particularly simple determination of the operating clock rate depending on the operating speed to be set.
  • an integer ratio be chosen between the operating clock rate and the operating speed.
  • the determination or determination of the operating clock rate can be further simplified or improved.
  • This configuration can be implemented particularly easily at a later date in existing control units.
  • advantageous effects in terms of electromagnetic compatibility can be achieved.
  • the operating clock rate be changed depending on a mechanical rotor position of a rotor of the electrical AC machine.
  • This makes it possible to take into account machine-technical properties, in particular with regard to torque provision of the AC machine, a torque load on the AC machine by the driven component and/or the like.
  • the control unit has suitable sensors, for example Rotary position sensors or the like, or is connected to such sensors and / or a corresponding rotor position is determined from electrical parameters of the stator winding.
  • the component has a reciprocating compressor and that the operating cycle rate is changed outside of a compression stroke.
  • This development has the advantage that the stability can be improved when changing the operating clock rate or when changing the operating clock rate.
  • greater power can be provided by the inverter or greater torque by the AC machine during a compression stroke, as a result of which unfavorable dynamic processes can occur in the inverter due to the change in the operating clock rate.
  • the operating clock rate is swept.
  • Wobbling (English: sweep) means the provision of oscillations, in particular harmonic oscillations such as sine oscillations, whereby a frequency of these oscillations is varied cyclically between two predeterminable end values of the frequency. This can ensure that acoustic disturbances can be reduced.
  • this further development makes it possible to improve electromagnetic compatibility, especially with regard to line-related interference, as explained above. Interference energy can be distributed over a wider frequency spectrum, which improves overall compliance with interference limits and reduces interference suppression efforts. The acoustics can also be improved in this way.
  • the wobbling covers a frequency range in which a maximum frequency value is at least approximately 10%, preferably approximately 20%, particularly preferably approximately 30%, greater than the assigned operating clock rate and/or a minimum frequency value is at least approximately 10%, preferably is about 20%, particularly preferably about 30%, smaller than the assigned operating clock rate. It has been shown that wobbling in this area proves to be particularly beneficial in order to improve acoustics and/or electromagnetic compatibility, especially with regard to to improve conducted interference. Wobbling can be achieved using the control unit by varying the operating clock rate accordingly. For wobbling, it can be provided that the variation between the maximum frequency value and the minimum frequency value takes place according to a predetermined characteristic and/or in a predetermined wobbling period.
  • wobbling can be determined based on a functional connection, as will be explained in more detail below.
  • the wobbling can take place, for example, with a wobbling frequency that is smaller than the operating clock rate. Accordingly, the wobbling period is longer than a period of the operating clock rate that is to be wobbled.
  • the component has a reciprocating compressor and the wobbling is synchronized with a compression process of the reciprocating compressor.
  • This allows performance fluctuations that occur due to the intended operation of the reciprocating compressor to be taken into account, especially when wobbling, and thus not only improve the acoustics but also, if necessary, the electromagnetic compatibility.
  • the wobbling is essentially only carried out during a compression process in which greater power provision by the inverter is required.
  • the invention is not limited to this.
  • Other processes can also be provided that can be synchronized with wobbling.
  • a wobbling amplitude of the wobbling that is, a frequency difference between the maximum frequency value or the minimum frequency value and the average operating clock rate, is changed, in particular depending on properties of the component, as in the case of the reciprocating compressor.
  • the wobbling takes place depending on a rotational position of the reciprocating piston compressor.
  • the dependency can also take into account the rotational position of the reciprocating compressor in such a way that the wobbling is activated at the start of a compression process or the wobbling amplitude is increased and the compression process is ended or is reduced in relation to the amplitude.
  • Other configurations can also be implemented from a professional perspective.
  • the inverter according to the invention it is proposed in particular that the stator winding is designed as a multi-phase stator winding and the inverter is designed to operate the multi-phase stator winding.
  • the particularly favorable properties that a three-phase stator winding in particular allows to achieve can also be made usable for the invention.
  • process features can therefore also be formulated as device features and vice versa.
  • 1 shows a household refrigeration device in a schematic perspective view
  • 2 is a schematic representation of a refrigerant circuit of the household refrigeration appliance having a reciprocating piston compressor
  • FIG. 3 shows a schematic view of the reciprocating compressor, which is driven by a three-phase AC machine connected to an inverter,
  • FIG. 4 shows a schematic circuit diagram of an electrical energy supply for the inverter, which is designed as a three-phase inverter, with three phase windings of a stator winding of the AC machine being connected to the inverter,
  • FIG. 5 shows a schematic block diagram representation of a section of a control device of the household appliance, in particular for the inverter,
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a differential efficiency performance diagram for an effect of the operation of the inverter when using a variable clock rate depending on an input power
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a differential performance figure diagram to illustrate an improved effect of the operation of the household appliance when using a variable clock rate depending on an input power
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the generation of phase control signals for determining switching signals for switching elements of the inverter
  • Fig. 9 is a schematic diagram representation of the phase control signals determined based on Fig. 8, and
  • Fig. 10 shows a schematic diagram of line-related disturbances in the energy supply in different operating states.
  • 1 shows a schematic perspective view of a household refrigeration appliance 1, which includes a heat-insulated body 10 with an inner container 2, which delimits a coolable interior 3.
  • the coolable interior 3 is intended for storing foods (not shown in detail).
  • the household refrigerator 1 has a pivoting door 4 for closing the coolable interior 3.
  • the door 4 is pivotally mounted with respect to a vertical axis.
  • the coolable interior 3 is accessible from the outside.
  • the household refrigeration device 1 includes a refrigerant circuit 20 shown in FIG.
  • the reciprocating compressor 21 is arranged within a machine room, not shown, of the household refrigeration appliance 1, which is located behind the drawer 7.
  • the reciprocating piston compressor 21 is shown in more detail in FIG.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of the reciprocating compressor 21.
  • the reciprocating compressor 21 comprises a compressor chamber 31 with an inlet 32 and an outlet 33 for the refrigerant, and a piston 34 displaceably mounted within the compressor chamber 31.
  • the inlet 32 and the outlet 33 are each provided with appropriate valves, as is known in principle to those skilled in the art.
  • the reciprocating piston compressor 21 also has a connecting rod 35, which is connected at one end to the piston 34 and at the opposite other end to a rotor 38 arranged eccentric disk is connected as a rotating component.
  • the rotor 38 is part of an AC machine 36 of the household refrigerator 1.
  • the AC machine 36 is in the present case designed as a three-phase permanently excited synchronous machine.
  • the alternating voltage machine 36 has a stand 37 and the rotor 38 which is rotatably mounted relative to the stand 37.
  • the connecting rod 35 is coupled to the rotor 38 via the eccentric disk, so that during normal operation of the household refrigerator 1, when cooling power is to be provided, the piston 34 uses the AC machine 36 to create a volume 39 enclosed by the compressor chamber 31 and the piston 34 for compressing the refrigerant able to change cyclically.
  • the household refrigeration device 1 also has an electronic control device 8 (FIG. 1), which is set up to operate the refrigerant circuit 20 in such a way that the coolable interior 3 reaches at least approximately a predetermined or predeterminable target temperature.
  • the electronic control device 8 is set up in such a way that it detects a current temperature of the interior 3 using a temperature sensor (not shown), compares it with the predetermined or predeterminable target temperature and emits at least one control signal depending on the comparison.
  • the household refrigeration device 1 in the case of the present exemplary embodiment has an electrical energy supply 40 (FIG. 4), which, in addition to a DC intermediate circuit 17, has the electrical inverter 41, which has three series circuits each consisting of two switching elements 11, 12, 13, 14, 15, 16, which are connected in parallel to the DC intermediate circuit 17.
  • the electrical inverter 41 On the inverter side, a capacitor C is also provided, which is connected in parallel to the series circuits.
  • the switching elements 11, 12, 13, 14, 15, 16 are MOSFETs that are operated in switching mode.
  • other transistors such as IGBT or the like can of course be used instead of the MOSFET.
  • gate connections of the MOSFET are connected as control connections of the switching elements 11, 12, 13, 14, 15, 16 to the electronic control device 8 and from the electronic control device 8 respective switching signals applied as a control signal.
  • Respective phase windings 42 of a stator winding of the stator 37 of the alternating voltage machine 36 are connected to respective center connections of the series circuits, so that in the present case a star connection is provided.
  • the DC intermediate circuit 17 is supplied with electrical energy from a public energy supply network 19 via a bridge rectifier 18 (FIG. 5).
  • 5 shows a schematic block diagram representation of a section of the control device 8, which in the present case is part of the inverter 41. Basically, however, the control device 8 can also be designed separately from the inverter 41 and at least partially form the control device of the household appliance 1. 5 shows schematically the part of the control device 8 which serves to provide the switching signals for the switching elements 11, 12, 13, 14, 15, 16, so that the inverter 41 provides a three-phase alternating voltage for the phase windings 42 of the alternating voltage machine 36 able.
  • the inverter 41 is connected on the DC voltage side to the DC intermediate circuit 17 of the power supply 40.
  • the DC intermediate circuit 17 provides a DC intermediate circuit voltage Ude, with which the inverter 41, in particular its series connections made up of the switching elements 11 to 16, is supplied with electrical energy.
  • the DC intermediate circuit 17 is also connected to the bridge rectifier 18, which in turn is connected on the AC voltage side to the public energy supply network 19, which in the present case provides a single-phase electrical AC voltage with an effective value of approximately 230 V at a frequency of approximately 50 Hz.
  • control device 8 is based on vector control, but the invention is not limited to this.
  • Vector control is fundamentally known to those skilled in the art, so detailed explanations are not provided here.
  • the control device 8 is also connected to current sensors 43, 44, 45, with which respective phase currents of the phase windings 42 of the stator winding can be detected.
  • the control device 8 is connected to the switching elements 11 to 16, so that the control device 8 can apply the respectively assigned switching signal to them.
  • the DC link voltage Ude of the DC link 17 is detected by means of a voltage sensor 46.
  • the voltage sensor 46 is also connected to the control device 8.
  • the electrical phase currents of the respective phase windings 42 detected by the current sensors 43 to 45 are fed to a first transformation block 52 of the control device 8, which calculates transformation values la, Iß as transformed current variables using a Clarke transformation from the measured current values of the current sensors 43 to 45.
  • multi-phase variables such as the measured current values of the current sensors 43 to 45, are converted into a simpler two-axis coordinate system with the axes a, ß, so that the transformation values la, Iß can be determined.
  • the transformation block 52 provides the transformation values la and Iß.
  • the transformation values la, Iß are then fed to blocks 51 and 53.
  • the block 51 implements an observation function and provides a speed signal w as well as a signal for a current rotational position 0 of the rotor of the AC machine 36.
  • block 51 receives further signals Va and Vß, which will be explained below.
  • the rotational position 0 determined in block 51 is further supplied together with the transformation values la and Iß to the transformation block 53, which carries out a d/q transformation, also referred to as a park transformation, and determines transformation values Iq and Id from this.
  • Block 50 designates a reference generator that provides a target speed for the AC machine 36, namely its rotor 38.
  • the block 50 is part of a higher-level control that, among other things, specifies a target speed for the rotor 38.
  • a comparator 55 determines a difference between the target speed of block 50 and the speed w determined by block 51. This difference is fed to a reference unit 56, as is the intermediate circuit DC voltage Ude determined by means of the voltage sensor 46 and a vector Vs. From this, the reference unit 56 determines transformation target values for Id and Iq. These transformation target values are compared with further comparators 57, 58 with the transformation values Iq and Id determined by block 53 and the differences determined here are fed to a current unit according to block 59.
  • the current unit according to block 59 determines vectors Vd and Vq, which are fed to an inverse parking transformation in a block 60, which determines vectors Va and Vß taking into account the rotational position 0 determined by block 51.
  • the vectors Va and Vß are supplied to an SVPWM block 49.
  • the SVPWM block 49 receives the switching signals for the switching elements 11 to 16, taking into account the DC link voltage Ude determined by the voltage sensor 46 and a clock rate signal explained below, and provides these for intended operation.
  • a clock rate determination block 54 also receives the speed signal w from block 50 in relation to the target value for the speed and uses this to determine an operating clock rate, as will be explained below. Block 54 then provides a clock rate signal for SVPWM block 49, which determines the switching signals for switching elements 11 to 16 based on the clock rate signal.
  • the block 54 serves to optimize the switching behavior of the inverter 41 and its switching elements 11 to 16.
  • the control device 8 explained with reference to FIG. 5 allows the operating clock rate or operating clock frequency, also called the carrier frequency, to be varied in order to increase the efficiency of the inverter 41 and of the household refrigeration device 1. Even if the invention is explained below with reference to the household refrigeration appliance 1, it is not limited to this and can also be used in other household appliances, such as washing machines, tumble dryers and the like.
  • the invention therefore differs from the prior art in that, among other things, the operating clock rate no longer needs to be constant when the household refrigeration appliance is operating as intended.
  • the operating clock rate can be selected depending, among other things, on the speed of the rotor 38 of the AC machine 36 so that not only switching losses of the switching elements 11 to 16 but also acoustic interference can be reduced.
  • the clock rate unit 54 determines the operating clock rate that should be used for the target speed based on the target speed of the block 50.
  • the operating clock rate determined in this way is transmitted to the SVPWM block 49, which, based on this, provides the switching signals for the switching elements 11 to 16.
  • switching elements 11 to 16 are formed by MOSFETs in the present case, other transistors can of course also be used in alternative embodiments, for example bipolar transistors or the like.
  • an operating speed to be set for the reciprocating piston compressor 21 is specified or determined as a target speed depending on an operating signal (not shown).
  • the operating speed is then assigned to the operating clock rate. This can be implemented, for example, as follows:
  • /Motor corresponds to a frequency corresponding to the speed of the rotor.
  • the resolution of the rotor angle and the number of cycles per revolution of the rotor 38 are dependent on the rotor frequency of the motor, the clock rate /PWM and a number of pole pairs p of the AC machine 36.
  • An increased resolution of the rotor angle leads to an increased resolution of the alternating voltage provided by the inverter 36, which at the same time also forms a manipulated variable for the regulation according to the control device 8.
  • the control quality can be:
  • Example can be evaluated in terms of distortion current and torque ripple.
  • a degree of modulation in relation to the pulse width modulation can thus be adapted by the control device 8 to a currently existing operating state, for example in relation to a speed, a torque and an available DC link voltage and/or possibly others.
  • a constant switching number r can be assigned to this clock rate, as can be seen from the following formula 3:
  • the switching number is an integer, this can also be referred to as synchronous modulation.
  • the resolution of the rotor angle Acp can thus be selected depending on a maximum value of the rotor speed, the clock rate, an execution time for the control, a permissible distortion current or a permissible torque ripple and / or an accuracy of the observer system according to block 51.
  • a reduction in the clock rate can be achieved, especially at low speeds of the rotor 38.
  • Due to the constant resolution of the rotor angle Acp a high level of efficiency can still be achieved with respect to the AC machine 36.
  • the control device 8 has a computer unit which is controlled in terms of its functionality by means of a computer program and which implements the previously described functions.
  • the functionality of the process management can preferably be implemented as follows:
  • the clock speed is determined according to Formula 2.
  • An implementation strategy is determined, for example by determining a suitable time to change the clock rate.
  • the time is preferably selected when the rotor 38 has reached a predetermined speed.
  • the clock rate should preferably not be carried out when starting a cooling process, when stopping a cooling process, when accelerating or braking and/or during a compression process of the reciprocating piston compressor.
  • these processes are therefore preferably carried out with a suitable, essentially constant operating clock rate.
  • a starting process this means that in the present embodiment it is provided that the changing of the operating clock rate is only carried out after the target speed of the rotor 38 has been reached. If a dynamic process such as acceleration or braking is intended, these can preferably be differentiated.
  • the operating clock rate is changed before the acceleration process to a maximum operating clock rate or to an operating clock rate that corresponds to the operating speed to be set.
  • the operating clock rate is only changed when the target speed or the operating speed to be set has been reached.
  • changing the operating clock rate only takes place in a predetermined range of a mechanical rotor position. This makes it possible to avoid changing the operating cycle rate, for example during a compression process of the reciprocating piston compressor 21.
  • the control parameters of the, preferably vector-based, control unit 8 are determined based on the operating clock rate that is to be set.
  • the operating clock rate is then activated in accordance with the previous number 1 at the time determined under number 2. It can also be taken into account that the change in the operating clock rate only takes place at the end of a current, completed period of the current operating clock rate. In this context, it should be noted that changing the operating clock rate in the present case has no influence on a dead time in relation to the respective switching elements of a respective series connection.
  • 6 shows a schematic diagram in which an abscissa corresponds to an electrical power in W supplied to the inverter 41.
  • An ordinate is assigned to a difference in the efficiency of the inverter of a clock rate variation according to the invention to a constant operating clock rate in%.
  • Graphs 81 to 85 are assigned to respective operating temperature conditions on the reciprocating compressor 21, as follows: Graph 81 corresponds to a temperature on a pressure side of 55 °C and a temperature of -10 °C on a suction side.
  • Graph 82 differs from graph 81 in that there is a temperature of -25 °C on the suction side.
  • Graph 83 differs from graph 81 in that there is a temperature of -30 °C on the suction side.
  • the temperature on the pressure side is 35 °C, whereas the temperature on the suction side is -10 °C.
  • the temperature on the pressure side is also 35 °C, whereas the temperature on the suction side is -25 °C.
  • the process management according to the invention has a positive effect in terms of efficiency, particularly in the partial load range.
  • the improvement occurs at a power of approximately 82 W or less.
  • the improvement occurs at a power of around 70 W or less. The smaller the power becomes, the greater the advantage according to the invention becomes.
  • Fig. 7 shows a corresponding schematic diagram representation for the efficiency of the household refrigeration device 1, where the abscissa is chosen as in Fig. 6 and the ordinate here corresponds to a difference of a performance factor (COP) of a clock rate variation according to the invention to a constant operating clock rate in%.
  • COP performance factor
  • the control device 8 generates control signals for determining the switching signals for the switching elements 11 to 16, as explained in the following in addition with reference to FIGS. 8 and 9.
  • FIG. 9 shows a schematic diagram representation of the switching signals generated in this way using graphs 61, 62, 63.
  • Graph 61 is assigned to graph 66 in FIG. 8
  • graph 62 is assigned to graph 67 according to FIG. 8
  • the Graph 63 is assigned to graph 68 according to FIG.
  • the abscissa of the diagram according to FIG. 9 corresponds to the abscissa of the diagram according to FIG. 8.
  • the ordinate is assigned to a relative switching state of the control signals, that is, only the values 0 and 1 are present, which are assumed by the control signals.
  • the corresponding switching signals for the switching elements 11 to 16 are then generated by means of the control device 8, so that corresponding voltage curves are provided to the phase windings 42 of the stator winding connected to the inverter 36 in accordance with the control signals 61 to 63 become.
  • the graph 69 that is, the counter reading at which the counting direction is changed, determines the operating clock rate.
  • the values given result in a clock rate of around 4 kHz.
  • time t 2.5 ⁇ 10' 4 s the operating clock rate is changed.
  • the maximum counter value at which the counting direction is changed is now approximately 9000.
  • adjusted values according to graphs 66 to 68 are determined by the control device 8 and used for the comparison with graph 69.
  • 9 shows in the corresponding area 65 the control signals generated in this way with the graphs 61 to 63. From this it can be clearly seen that the switching signals are correspondingly shorter in time.
  • the wobbling is implemented here as discrete wobbling. This means, among other things, that line-related interference can be reduced.
  • This further development is based on the idea that frequency components of the operating clock rate or the operating frequency including harmonics and interharmonics with the fundamental oscillation based on the current operating speed can be present in the frequency spectrum of the interference signals, especially at a constant clock rate.
  • an electrical rotor angle can be synchronized with the respective compression processes.
  • An angle q>K can result from an electrical rotor position and an offset.
  • the offset can be selected such that a positive half-wave of a sine wave, which corresponds to a mechanical angle of 90° with respect to the number of pole pairs, lies essentially in a range of a compression cycle of the reciprocating piston compressor 21.
  • the then higher operating clock rate can result in further advantages with regard to the control, in particular with regard to the torque ripple, a sampling rate and/or the like.
  • wobbling can be implemented according to the following formula 6:
  • Fig. 10 shows the corresponding results in a further schematic diagram representation.
  • An abscissa of the diagram in Fig. 10 is assigned to the frequency in Hz and an ordinate to an interference level in d ⁇ pV.
  • the standard limit value for a quasi-peak interference according to the standard EN 55014/1 is shown with a graph 70.
  • the standard limit value for an average defined according to this standard is shown with a graph 71.
  • a graph 74 shows the line-bound disturbances in relation to graph 70 for a prior art constant operating clock rate control method.
  • a corresponding mean value signal is shown in graph 78 in relation to graph 71.
  • Graph 73 shows the line-bound interference in the quasi-peak range for a control method if operational wobbling is also provided.
  • a graph 77 shows the same for the mean value. It can be seen that the disturbances are more uniform compared to the prior art, i.e. they do not have too large deflections.
  • Graphs 72 and 76 show the corresponding relationships according to the invention based on variable operating clock rates, with graph 72 representing the quasi-peak value and graph 76 representing the average value. The reduction that can be achieved in terms of line-related interference is clearly visible. 5 The description of the figures serves exclusively to explain the invention and is not intended to limit it.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters (41), an den eine Ständerwicklung einer elektrischen Wechselspannungsmaschine (36) elektrisch angeschlossen ist, welche eine sich in einem bestimmungsgemäßen Betrieb eines Haushaltsgeräts (1) zumindest zeitweise um eine Rotationsachse rotierende Komponente (21) antreibt, wobei der Wechselrichter (41) die Ständerwicklung mit einer elektrischen Wechselspannung beaufschlagt, die mittels wenigstens einer zwei Schaltelemente aufweisenden Reihenschaltung des Wechselrichters (41) bereitgestellt wird, wobei die Reihenschaltung mit einer Zwischenkreisgleichspannung beaufschlagt wird, wobei Schaltsignale für die Schaltelemente bereitgestellt werden, wobei eine Steuereinheit (8) die Schaltsignale nach einem Pulsweitenmodulationsprinzip basierend auf einer Taktrate abhängig von einem Betriebssignal für die Komponente (21) ermittelt, wobei zunächst abhängig von dem Betriebssignal eine einzustellende Betriebsdrehzahl der Komponente (21) bestimmt wird, der Betriebsdrehzahl eine Betriebstaktrate zugeordnet wird, die Schaltsignale basierend auf der Betriebstaktrate bestimmt werden, die Betriebsdrehzahl der Komponente (21) eingestellt wird und danach die Schaltelemente mit den auf der Betriebstaktrate basierenden Schaltsignalen beaufschlagt werden.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters, Wechselrichter sowie Haushaltsgerät
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters, an den eine Ständerwicklung einer elektrischen Wechselspannungsmaschine elektrisch angeschlossen ist, welche eine in einem bestimmungsgemäßen Betrieb eines Haushaltsgeräts zumindest teilweise um eine Rotationsachse rotierende Komponente antreibt, wobei der Wechselrichter die Ständerwicklung mit einer elektrischen Wechselspannung beaufschlagt, die mittels wenigstens einer zwei Schaltelemente aufweisenden Reihenschaltung des Wechselrichters bereitgestellt wird, wobei die Reihenschaltung mit einer Zwischenkreisgleichspannung beaufschlagt wird, wobei Schaltsignale für die Schaltelemente mittels einer Steuereinheit des Wechselrichters bereitgestellt werden, wobei die Steuereinheit die Schaltsignale nach einem Pulsweitenmodulationsprinzip basierend auf einer Taktrate abhängig von einem Betriebssignal für die Komponente ermittelt, wobei die Taktrate größer als eine der Drehzahl der Komponente entsprechende Frequenz ist. Die Erfindung betrifft ferner einen Wechselrichter zum Beaufschlagen einer an den Wechselrichter elektrisch angeschlossenen Ständerwicklung einer elektrischen Wechselspannungsmaschine, welche eine in einem bestimmungsgemäßen Betrieb eines Haushaltsgeräts zumindest teilweise um eine Rotationsachse rotierende Komponente antreibt, mit einer elektrischen Wechselspannung, wobei der Wechselrichter wenigstens eine zwei Schaltelemente aufweisende Reihenschaltung zum Bereitstellen der Wechselspannung und eine Steuereinheit zum Bereitstellen von Schaltsignalen für die Schaltelemente aufweist, wobei die Reihenschaltung mit einer Zwischenkreisgleichspannung beaufschlagbar ist, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, die Schaltsignale nach einem Pulsweitenmodulationsprinzip basierend auf einer Taktrate abhängig von einem Betriebssignal für die Komponente zu ermitteln, wobei die Taktrate größer als eine einer Drehzahl der Komponente entsprechende Frequenz ist. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Haushaltsgerät mit einer in einem bestimmungsgemäßen Betrieb des Haushaltsgeräts zumindest zeitweise um eine Rotationsachse rotierenden Komponente, einer mit der Komponente rotationstechnisch gekoppelten elektrischen Wechselspannungsmaschine zum drehbaren Antreiben der Komponente, wobei die Wechselspannungsmaschine eine Ständerwicklung aufweist, und einem an die Ständerwicklung elektrisch angeschlossenen Wechselrichter zum Beaufschlagen der
Ständerwicklung mit einer elektrischen Wechselspannung.
Haushaltsgeräte, die eine in einem bestimmungsgemäßen Betrieb des Haushaltsgeräts um eine Rotationsachse rotierende Komponente aufweisen, Wechselrichter sowie Verfahren zu deren Betrieb sind dem Grunde nach im Stand der Technik umfänglich bekannt. Derartige Haushaltsgeräte sind beispielsweise Waschmaschinen, Wäschetrockner, Kühl- beziehungsweise Kältegeräte, Geschirrspülgeräte oder dergleichen. Diese Haushaltsgeräte benötigen für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb rotierbare Einrichtungen, die zumindest eine rotierende Komponente aufweisen, beispielsweise bei einem Haushaltskältegerät eine Antriebswelle eines rotatorisch antreibbaren Kompressors, insbesondere ohne Übersetzung, bei einer Waschmaschine ein Antriebszapfen einer rotatorisch antreibbaren Waschtrommel, insbesondere bei einer Waschmaschine mit Übersetzung durch eine Kopplung des Antriebs mit der Waschtrommel mittels Riemenkupplung, oder dergleichen. Die rotierbare Komponente kann zum Beispiel eine Antriebswelle, ein drehbar gelagerter Zapfen, eine Riemenschiebe oder dergleichen sein. Bei einem Kompressor eines Haushaltskältegeräts kann die rotierbare Komponente eine Antriebswelle sein. In der Regel ist bei derartigen Haushaltsgeräten vorgesehen, dass die rotierende Komponente im bestimmungsgemäßen Betrieb mittels eines Läufers einer elektrischen Wechselspannungsmaschine drehbar angetrieben wird.
Die elektrische Wechselspannungsmaschine ist in der Regel als rotierende beziehungsweise rotierbare elektrische Maschine ausgebildet und ist ebenfalls im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass es diesbezüglich ebenso wie für das Haushaltsgerät eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises nicht bedarf. Eine rotierende elektrische Maschine ist eine Vorrichtung, die in einem Motorbetrieb elektrische Energie in mechanische Energie, insbesondere in Rotationsenergie, und/oder in einem Generatorbetrieb mechanische Energie in elektrische Energie umformt. Bei der Bewegung handelt es sich in der Regel um eine Drehbewegung, die von einem gegenüber einem Ständer der rotierenden elektrischen Maschine drehbar angeordneten Läufer der rotierenden elektrischen Maschine ausgeführt wird. Der Ständer ist im Unterschied zum Läufer in der Regel drehfest angeordnet, das heißt, bei einer Drehbewegung handelt es sich um eine Drehbewegung des Läufers gegenüber dem Ständer. Der Läufer ist gegenüber dem Ständer drehbar gelagert angeordnet, wobei zwischen dem Läufer und dem Ständer in der Regel ein Luftspalt ausgebildet ist.
Der Ständer und der Läufer sind im bestimmungsgemäßen Betrieb mittels eines magnetischen Flusses verkettet, wodurch im Motorbetrieb die Kraftwirkung beziehungsweise das Drehmoment bereitgestellt wird, welche beziehungsweise welches den Läufer gegenüber dem Ständer drehend antreibt. Im Generatorbetrieb wird dem Läufer zugeführte mechanische Energie in Form einer Rotation in Verbindung mit einem Drehmoment in elektrische Energie umgeformt. Zu diesem Zweck weist zumindest der Ständer eine von einem elektrischen Strom durchflossene elektrische Wicklung auf, auch Ständerwicklung genannt. Der Läufer kann ebenfalls eine elektrische Wicklung als Läuferwicklung und/oder einen oder mehrere Permanentmagnete aufweisen.
Für den bestimmungsgemäßen Betrieb wird die Ständerwicklung mit der Wechselspannung beaufschlagt. Je nach Konstruktion der elektrischen Maschine, insbesondere ihrer Ständerwicklung, kann eine einphasige oder auch eine mehrphasige Ständerwicklung vorgesehen sein, die dementsprechend mit einer einphasigen oder mehrphasigen elektrischen Wechselspannung beaufschlagt wird. Eine mehrphasige Wechselspannung weist in der Regel entsprechend der Anzahl der Phasen Phasenwechselspannungen auf, die in der Regel etwa die gleiche Frequenz und etwa die gleiche Amplitude aufweisen, jedoch hinsichtlich ihrer Phasenlage zueinander verschoben sind. Eine sehr verbreitete mehrphasige Wechselspannung ist beispielsweise eine dreiphasige Wechselspannung, bei der die Phasenspannungen zueinander jeweils um 120° in der Phase verschoben sind. Eine derartige Wechselspannung wird beispielsweise auch im öffentlichen Energieversorgungsnetz genutzt.
Um die Wechselspannungsmaschine so zu betreiben, dass die Komponente in gewünschter Weise rotiert werden kann, ist die Wechselspannungsmaschine, insbesondere ihre Ständerwicklung, an einen Wechselrichter angeschlossen. Ein Wechselrichter ist eine Form eines Energiewandlers beziehungsweise eines Energieumformers, mittels dem elektrische Energie einer ersten Form, beispielsweise eine Gleichspannung, in elektrische Energie einer zweiten Form, nämlich eine Wechselspannung, gewandelt beziehungsweise umgeformt werden kann. Heutzutage werden Wechselrichter in der Regel in Form sogenannter statischer Energiewandler beziehungsweise Energieumformer eingesetzt, das heißt, dass sie anders als dynamische Energiewandler beziehungsweise Energieumformer keine mechanisch bewegbaren, insbesondere rotierbaren, Teile aufweisen. Wechselrichter der gattungsgemäßen Art sind als statische Energiewandler beziehungsweise Energieumformer in der Regel als getaktete elektronische Energiewandler beziehungsweise Energieumformer ausgebildet, und weisen zu diesem Zweck in der Regel wenigstens eine Reihenschaltung aus zwei in Reihe geschalteten Schaltelementen auf. Die Reihenschaltung ist an einen Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen und wird entsprechend mit einer Zwischenkreisgleichspannung beaufschlagt. An einem Mittelabgriff der Reihenschaltung ist die Ständerwicklung der Wechselspannungsmaschine angeschlossen.
Die Schaltelemente werden mit Schaltsignalen beaufschlagt, die von einer Steuereinheit des Wechselrichters beziehungsweise des Haushaltsgeräts bereitgestellt werden. Die Steuereinheit ermittelt die Schaltsignale nach einem Pulsweitenmodulationsprinzip (PWM) basierend auf einer Taktrate abhängig von einem Betriebssignal für die Komponente. Das Betriebssignal kann von einer übergeordneten Steuereinrichtung des Haushaltsgeräts bereitgestellt sein und zum Beispiel Daten beziehungsweise Signalwerte bezüglich einer Drehzahl der Komponente, einem Drehmoment und/oder dergleichen ausweisen. Das Betriebssignal für die Komponente ist in der Regel ein elektronisches Signal, das als analoges und/oder digitales Signal vorliegen kann. Das Betriebssignal wird beispielsweise von der übergeordneten Steuereinrichtung bereitgestellt, die zum Haushaltsgerät dazugehört und die eine Bedienvorrichtung umfassen kann, mittels der das Haushaltsgerät beziehungsweise seine Funktionen durch einen Nutzer gesteuert beziehungsweise eingestellt werden können.
Die Taktrate ist in der Regel deutlich größer als eine der Drehzahl der Komponente entsprechende Frequenz. Die Ständerwicklung wird in der Regel mit einer Wechselspannung beaufschlagt, die im Wesentlichen eine der Pulsweitenmodulation entsprechende rechteckförmige Wechselspannung ist. Entsprechend der Pulsweitenmodulation stellt sich ein elektrischer Strom in der Ständerwicklung ein, sodass auf diese Weise die Funktion der Wechselspannungsmaschine und infolgedessen auch die Antriebsfunktion der rotierenden Komponente eingestellt werden kann. Zu diesem Zweck wertet die Steuereinheit das Betriebssignal für die Komponente aus und ermittelt zum Beispiel die Drehzahl, das Drehmoment und/oder dergleichen. Abhängig hiervon werden dann die Schaltsignale für die Schaltelemente ermittelt.
Das Pulsweitenmodulationsprinzip ist dem Grunde nach im Stand der Technik bekannt, so zum Beispiel aus „Steuerverfahren für selbstgeführte Stromrichter“ von Felix Jenni und Dieter Wüest, Hochschulverlag an der ETH Zürich, Stuttgart, Teubner, 1995, ISBN 3-519- 06176-7, weshalb von detaillierten Erläuterungen des Pulsweitenmodulationsprinzips vorliegend abgesehen wird. In diesem Zusammenhang offenbart ferner die WO 2008/141407 A1 ein Verfahren und ein System zum Reduzieren von elektromagnetischen Störungen bei einem Kühlsystem.
Auch wenn sich der Stand der Technik bewährt hat, so zeigen sich dennoch Nachteile. Zum einen bewirkt die Nutzung des Wechselrichters bei einer hohen Taktrate unter anderem aufgrund von Schaltverlusten eine Begrenzung des Wirkungsgrads insgesamt. Zugleich können akustische Probleme sowie Probleme in Bezug auf die elektromagnetische Verträglichkeit auftreten, die von einem Nutzer während des bestimmungsgemäßen Betriebs als störend empfunden werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad, die elektromagnetische Verträglichkeit und/oder die Akustik zu verbessern.
Als Lösung werden mit der Erfindung ein Verfahren, ein Wechselrichter und ein Haushaltsgerät gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.
In Bezug auf ein gattungsgemäßes Verfahren wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass abhängig von dem Betriebssignal eine einzustellende Betriebsdrehzahl der Komponente bestimmt wird, der Betriebsdrehzahl eine Betriebstaktrate zugeordnet wird, die Schaltsignale basierend auf der Betriebstaktrate bestimmt werden, die Betriebsdrehzahl der Komponente eingestellt wird und die Schaltelemente entweder bereits vor oder erst nach dem Einstellen der Betriebsdrehzahl mit den auf der Betriebstaktrate basierenden Schaltsignalen beaufschlagt werden. In Bezug auf einen gattungsgemäßen Wechselrichter wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, abhängig von dem Betriebssignal eine einzustellende Betriebsdrehzahl der Komponente zu bestimmen, der Betriebsdrehzahl eine Betriebstaktrate zuzuordnen, die Schaltsignale basierend auf der Betriebstaktrate zu bestimmen, die Betriebsdrehzahl der Komponente einzustellen und die Schaltelemente entweder bereits vor oder erst nach dem Einstellen der Betriebsdrehzahl mit den auf der Betriebstaktrate basierenden Schaltsignalen zu beaufschlagen.
In Bezug auf ein gattungsgemäßes Haushaltsgerät wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass der Wechselrichter gemäß der Erfindung ausgebildet ist.
Die Erfindung basiert unter anderem auf dem Gedanken, dass durch geeignete Wahl der Taktrate zumindest der Wirkungsgrad, die elektromagnetische Verträglichkeit, insbesondere in Bezug auf leitungsgebundene Störungen, oder die Akustik verbessert werden können. So ist es möglich, dass die Taktrate gerade bei einer vergleichsweise kleinen Drehzahl der Wechselspannungsmaschine reduziert werden kann, sodass Schaltverluste des Wechselrichters insgesamt reduziert werden können. Dies erlaubt es, den Wirkungsgrad zu verbessern. Darüber hinaus ist es möglich, dass bei Auftreten von störenden akustisch wahrnehmbaren Geräuschen, die beispielsweise mittels eines geeigneten akustischen Sensors erfasst werden können, die Taktrate so verändert wird, dass abhängig hiervon eine Reduktion der störenden akustischen Geräusche erreicht werden kann. Ebenso kann auch alternativ oder ergänzend eine Verbesserung in Bezug auf die elektromagnetische Verträglichkeit erreicht werden. Bei einer großen Betriebsdrehzahl braucht hingegen nicht die maximale Betriebstaktrate gewählt zu werden, sondern, sie kann entsprechend angepasst kleiner gewählt werden. Die Erfindung schafft also eine Möglichkeit, den Wirkungsgrad zu verbessern und/oder die Akustik zu verbessern. Natürlich kann auch eine Kombination vorgesehen sein, dass beispielsweise eine Taktrate zur Verbesserung des Wirkungsgrads, insbesondere in einem Teillastbereich, bei dem eine Drehzahl der Wechselspannungsmaschine beziehungsweise der Komponente gering ist, reduziert werden kann, wobei zugleich die Reduktion der Taktrate so gewählt werden kann, dass die Akustik zumindest nicht verschlechtert wird. Das kann sich sogleich auch positiv auf die Lebensdauer des Haushaltsgeräts insgesamt sowie auch auf die elektromagnetische Verträglichkeit, beispielsweise in Bezug auf leitungsgebundene Störungen, wie sie in der Norm EN 61000 definiert sind, auswirken. Das Variieren beziehungsweise Verändern der Betriebstaktrate wird daher vorzugsweise im Wesentlichen außerhalb von dynamischen Vorgängen in Bezug auf die Drehzahl der Komponente, wie zum Beispiel Beschleunigen, Bremsen und/oder dergleichen, durchgeführt. Ergänzend in Bezug auf das Bestimmen der zugeordneten Betriebstaktrate können auch weitere Parameter berücksichtigt werden, wie zum Beispiel eine Temperatur des Wechselrichters, insbesondere seiner Schaltelemente, ein aktueller Wert der Zwischenkreisgleichspannung, mit der der Wechselrichter elektrisch gekoppelt ist, und/oder dergleichen. So kann vorgesehen sein, dass die Betriebstaktrate bei einer großen Temperatur kleiner als bei einer kleinen Temperatur ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Betriebstaktrate bei einer großen Zwischenkreisgleichspannung kleiner als bei einer kleinen Zwischenkreisgleichspannung ist.
Die eingestellte Betriebsdrehzahl ist eine Ziel-Drehzahl des Läufers der Wechselspannungsmaschine beziehungsweise der Komponente. Die Betriebstaktrate wird vorzugsweise während des Einnehmens der eingestellten Betriebsdrehzahl nicht verändert beziehungsweise variiert. Das heißt, vorzugsweise erfolgt das Zuordnen der Betriebstaktrate entweder vor dem Einstellen der Betriebsdrehzahl, insbesondere bevor der Vorgang des Einstellens der Betriebsdrehzahl gestartet wird, oder erst dann, wenn die eingestellte Betriebsdrehzahl erreicht ist.
Erfindungsgemäß wird deshalb zum Beispiel zunächst abhängig von dem Betriebssignal eine einzustellende Betriebsdrehzahl für die Komponente bestimmt. Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit das Betriebssignal entsprechend auswerten und die einzustellende Betriebsdrehzahl bestimmen. Ist die Betriebsdrehzahl bestimmt, kann dieser eine Betriebstaktrate zugeordnet werden, beispielsweise indem der Betriebsdrehzahl anhand einer Tabelle eine Betriebstaktrate zugeordnet wird. Natürlich können auch funktionelle Zusammenhänge genutzt werden, um die Betriebstaktrate beispielsweise anhand der Betriebsdrehzahl berechnen zu können. Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit zum Beispiel eine programmgesteuerte Rechnereinheit aufweisen, die mittels eines Rechnerprogramms die Betriebstaktrate abhängig von der Betriebsdrehzahl im Rahmen der Zuordnung berechnet. Sobald die Betriebstaktrate durch die Steuereinheit zugeordnet worden ist, können hierauf basierend die Schaltsignale unter Nutzung des Pulsweitenmodulationsprinzips bestimmt werden. Sodann wird mittels der Steuereinheit die Betriebsdrehzahl der Komponente eingestellt. Dazu wird der Wechselrichter, das heißt, insbesondere seine Schaltelemente, entsprechend gesteuert, sodass die Komponente die Betriebsdrehzahl einnimmt. Die auf Basis der Betriebstaktrate ermittelten Schaltsignale brauchen während des hierdurch bestimmten Zeitraums noch nicht angewendet zu werden. Erst danach werden dann die Schaltelemente mit den auf der Betriebstaktrate basierenden Schaltsignalen beaufschlagt.
Dies hat unter anderem den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Verfahrensführung eine hohe Stabilität im bestimmungsgemäßen Betrieb ermöglicht, sodass nicht nur die Zuverlässigkeit sondern auch die Lebensdauer erhöht werden können. Dies erweist sich insbesondere auch als vorteilhaft gegenüber der WO 2008/141407 A1, bei der eine kontinuierliche Veränderung der Taktrate vorgesehen ist. Wie bereits erläutert, besteht hier jedoch insbesondere die Problematik hinsichtlich der Stabilität im bestimmungsgemäßen Betrieb, weshalb sich die Lehre der WO 2008/141407 A1 besonders für Haushaltsgeräte, für die eine hohe Zuverlässigkeit und Sicherheit erforderlich ist, nicht eignet.
Die Erfindung eignet sich unter anderem besonders für den Einsatz bei Kühlgeräten für den Einsatz im Haushalt. Sie ist jedoch auf diese Anwendung nicht beschränkt und kann natürlich auch bei nahezu beliebigen anderen Haushaltsgeräten zum Einsatz kommen, die rotierbare Komponenten aufweisen, die mittels einer Wechselspannungsmaschine angetrieben werden sollen. Besonders eignet sich die Erfindung auch dann, wenn die anzutreibende Komponente im Wesentlichen kein gleichmäßiges, insbesondere konstantes, Drehmoment bereitstellt. Durch die Erfindung ist es nämlich möglich, für den bestimmungsgemäßen Betrieb Drehmomentschwankungen, wie sie beispielsweise bei einem Hubkolbenverdichter eines Kältegeräts auftreten können, zu berücksichtigen, wie im Folgenden noch weiter erläutert werden wird.
Die Wechselspannungsmaschine ist eine elektrische Maschine, insbesondere eine rotierende elektrische Maschine, die während des bestimmungsgemäßen Betriebs mit Wechselspannung beaufschlagt ist. Diese Wechselspannung wird vom Wechselrichter bereitgestellt, wobei das Bereitstellen der Wechselspannung abhängig vom Betriebssignal für die Komponente erfolgt, so dass die Komponente mittels des Betriebssignals in einem gewünschten Betriebszustand betrieben werden kann. Der Wechselrichter seinerseits ist zu diesem Zweck an einem Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen beziehungsweise er umfasst einen derartigen Gleichspannungszwischenkreis, an den vorzugsweise auch die wenigstens eine Reihenschaltung aus den zwei Schaltelementen angeschlossen ist. Der Gleichspannungszwischenkreis stellt eine Zwischenkreisgleichspannung bereit, die mittels des Wechselrichters in die Wechselspannung gewandelt beziehungsweise umgeformt wird. Der Wechselrichter stellt somit eine elektrische Kopplung zwischen dem Gleichspannungszwischenkreis und der Ständerwicklung der elektrischen Wechselspannungsmaschine her.
Um die gewünschte Energiewandlung beziehungsweise Energieumformung mittels des Wechselrichters realisieren zu können, werden die Schaltelemente der wenigstens einen Reihenschaltung in einem vorgegebenen Schaltbetrieb betrieben.
Ein Schaltelement beziehungsweise ein elektronisches Schaltelement, insbesondere ein Halbleiterschalter, im Sinne dieser Offenbarung ist ein vorzugsweise steuerbares elektronisches Schaltelement, beispielsweise ein Transistor, ein Thyristor, Kombinationsschaltungen hiervon, insbesondere mit parallelgeschalteten Freilaufdioden, beispielsweise ein Metaloxid-Semiconductor-Field-Effect-Transistor (MOSFET), ein Insulated-Gate-Bipolar-Transistor (IGBT), vorzugsweise mit integrierten Freilaufdioden, oder dergleichen. Das Schaltelement wird im Schaltbetrieb betrieben.
Der Schaltbetrieb des Halbleiterschalters in Form eines Transistors bedeutet, dass in einem eingeschalteten Schaltzustand zwischen den die Schaltstrecke bildenden Anschlüssen des Transistors ein sehr geringer elektrischer Widerstand bereitgestellt wird, sodass ein hoher Stromfluss bei sehr kleiner Restspannung möglich ist. Im ausgeschalteten Schaltzustand ist die Schaltstrecke des Transistors hochohmig, das heißt, sie stellt einen hohen elektrischen Widerstand bereit, sodass auch bei hoher an der Schaltstrecke anliegender Spannung im Wesentlichen kein oder nur ein sehr geringer, insbesondere vernachlässigbarer, Stromfluss vorliegt. Hiervon unterscheidet sich ein Linearbetrieb bei Transistoren.
Der Gleichspannungszwischenkreis kann mit einer Gleichspannungsquelle elektrisch gekoppelt sein, um eine elektrische Energieversorgung bereitzustellen. Häufig ist jedoch auch vorgesehen, dass der Gleichspannungszwischenkreis über einen weiteren Energiewandler beziehungsweise Energieumformer an ein Wechselspannungsnetz, beispielsweise ein öffentliches Energieversorgungsnetz oder dergleichen, angeschlossen ist. Der hierfür benötigte Energiewandler beziehungsweise Energieumformer kann zu diesem Zweck eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umformen, so wie dies zum Beispiel mittels einer Gleichrichtereinheit oder dergleichen erreicht werden kann.
Ist die Ständerwicklung für einen mehrphasigen Betrieb ausgelegt, ist der Wechselrichter in der Regel entsprechend ausgebildet und kann zum Beispiel zum Bereitstellen einer jeweiligen Phasenwechselspannung zumindest eine jeweilige Reihenschaltung aus zwei Schaltelementen aufweisen. Je nach Schaltungstopologie kann jedoch auch vorgesehen sein, dass für jede Phasenwechselspannung wenigstens zwei entsprechende Reihenschaltungen parallelgeschaltet mit dem Gleichspannungszwischenkreis gekoppelt sind. Dabei können die Schaltelemente komplementär betrieben werden, wobei die Ständerwicklung beziehungsweise die entsprechende Phase der Ständerwicklung zwischen den beiden Reihenschaltungen, und zwar deren jeweiligen Mittelabgriffen, angeschlossen sein kann. Natürlich können auch weitere Kombinationen vorgesehen sein. Vorzugsweise sind sämtliche Reihenschaltungen parallelgeschaltet und mit dem Gleichspannungszwischenkreis elektrisch gekoppelt.
Die Taktrate, auf deren Basis die Schaltsignale nach dem Pulsweitenmodulationsprinzip bereitgestellt werden, ist vorzugsweise mindestens doppelt so groß wie die der Drehzahl der Komponente entsprechende Frequenz. Häufig ist die Taktrate jedoch mindestens fünf bis zehn Mal, beispielsweise 40 Mal, so groß wie die der Drehzahl der Komponente entsprechende Frequenz. Im Stand der Technik, der in der Regel keine signifikante Veränderung der Taktrate im bestimmungsgemäßen Betrieb vorsieht, ist die Taktrate deshalb in Bezug auf die der maximalen Drehzahl der Komponente entsprechenden Frequenz gewählt.
Das Ändern der Taktrate gemäß der Erfindung erfolgt vorzugsweise in zwei Abschnitten, indem nämlich in einem ersten Abschnitt zunächst abhängig von dem Betriebssignal die einzustellende Betriebsdrehzahl der Komponente bestimmt wird, der Betriebsdrehzahl die Betriebstaktrate zugeordnet wird, die Schaltsignale basierend auf der Betriebstaktrate bestimmt werden und die Betriebsdrehzahl der Komponente eingestellt wird. Danach können dann in einem zweiten Abschnitt, insbesondere wenn die Komponente die Betriebsdrehzahl erreicht hat, die Schaltelemente mit den auf der Betriebstaktrate basierenden Schaltsignalen beaufschlagt werden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der zweite Abschnitt durchgeführt wird, bevor die Betriebsdrehzahl eingestellt wird. Die Erfindung vermeidet es also, insbesondere bei Betriebszustandsänderungen der Komponente wie dem Ändern der Betriebsdrehzahl, zugleich auch Änderungen an der Betriebstaktrate vorzunehmen. Dadurch kann mit der Erfindung eine hohe Stabilität und Zuverlässigkeit der Verfahrensführung erreicht werden. Zugleich ermöglicht es die Erfindung dadurch, akustische Auswirkungen zu erfassen und gegebenenfalls mit einem veränderten ersten Abschnitt einzugreifen, um so die Akustik zu verbessern. Das Ändern der Betriebstaktrate kann über einen vorgegebenen Zeitraum von mehreren Betriebstakten erfolgen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, den die Steuereinheit ermittelt, die Betriebstaktrate umgeschaltet wird.
Die Betriebsdrehzahl ist eine Drehzahl der Komponente, die für einen gewünschten einzustellenden Betriebszustand der Komponente eingestellt werden soll. Dieser Betriebszustand kann durch das Betriebssignal über die Steuerungseinrichtung des Haushaltsgeräts vorgegeben werden. Die Steuereinheit ermittelt abhängig von dem Betriebssignal beziehungsweise der Betriebsdrehzahl, die eingestellt werden soll, die Betriebstaktrate und ordnet diese der Betriebsdrehzahl, die eingestellt werden soll, zu. Dies kann dadurch erfolgen, dass beispielsweise anhand eines Betriebsdrehzahlwerts für die Komponente anhand des funktionellen Zusammenhangs die geeignete Betriebstaktrate im Rahmen der Zuordnung berechnet wird. Hierbei kann es sich um einen einzelnen Wert handeln, der der jeweiligen Betriebsdrehzahl individuell zugeordnet werden kann. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass aus einer Mehrzahl von möglichen Betriebstaktraten, die dieser Betriebsdrehzahl zugeordnet werden können, eine ausgewählt wird. Je nach Berücksichtigung weiterer Umstände kann vorgesehen sein, dass die Betriebstaktrate neu zugeordnet wird, beispielsweise wenn akustische Störungen oder dergleichen auftreten. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Betriebstaktrate anhand einer Zuordnungstabelle ermittelt wird. Hierauf basierend ermittelt die Steuereinheit nach dem Pulsweitenmodulationsprinzip die Schaltsignale. Sobald die Betriebsdrehzahl der Komponente auf die einzustellende Betriebsdrehzahl eingestellt ist, kann die Steuereinheit die Schaltelemente des Wechselrichters mit den auf dieser Betriebstaktrate basierenden Schaltsignalen beaufschlagen. Damit ist das Ändern der Betriebstaktrate erfolgt.
Die Steuereinheit ist vorzugsweise als elektronische Hardwareschaltung ausgebildet und kann eine programmgesteuerte Rechnereinheit aufweisen, um die gewünschte Funktionalität zu realisieren. Natürlich kann die Steuereinheit auch lediglich durch die Rechnereinheit gebildet sein oder auch eine Kombination einer Hardwareschaltung mit der Rechnereinheit aufweisen. Dem Grunde nach besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Steuereinheit ausschließlich eine Hardwareschaltung umfasst. Die Steuereinheit kann auch zumindest teilweise von der übergeordneten Steuereinrichtung des Haushaltsgeräts umfasst sein. Sie kann aber auch als separate Komponente im Haushaltsgerät vorgesehen sein. Insbesondere ist sie zumindest teilweise als Bestandteil des Wechselrichters vorgesehen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass während eines Beschleunigungsvorgangs der Komponente eine maximale Betriebstaktrate oder eine von der einzustellenden Betriebsdrehzahl abhängige Betriebstaktrate eingestellt wird. Dies hat den Vorteil, dass der Beschleunigungsvorgang der Komponente mit hoher Zuverlässigkeit und im Wesentlichen störungsfrei ausgeführt werden kann. Durch die maximale Betriebstaktrate kann erreicht werden, dass auch eine maximale Betriebsdrehzahl der Komponente zuverlässig und störungsfrei erreicht werden kann. Natürlich kann es ausreichen, die Betriebstaktrate abhängig von der einzustellenden Betriebsdrehzahl zu wählen. Dann braucht die maximale Betriebstaktrate nicht gewählt zu werden, wodurch sich weitere Vorteile, insbesondere in Bezug auf die Schaltverluste des Wechselrichters, ergeben können. Die maximale Betriebstaktrate oder die von der einzustellenden Betriebsdrehzahl abhängige Betriebstaktrate wird vorzugsweise zumindest kurz für Beginn oder mit Beginn des Beschleunigungsvorgangs eingestellt.
Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, dass während eines Bremsvorgangs der Komponente die vor dem Bremsvorgang eingestellte Betriebstaktrate beibehalten wird. Auch hierdurch kann eine große Stabilität und Zuverlässigkeit der Verfahrensführung im bestimmungsgemäßen Betrieb verbessert werden. Es braucht während des Bremsvorgangs jedoch nicht die maximale Betriebstaktrate eingestellt zu werden, zumal bei einem Bremsvorgang davon auszugehen sein dürfte, dass die Betriebsdrehzahl im zeitlichen Verlauf abnimmt. Die vor dem Bremsvorgang unmittelbar eingestellte Betriebstaktrate ist daher in der Regel ausreichend, um auch eine reduzierte Betriebsdrehzahl der Komponente zuverlässig zu realisieren.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass nach einem Beenden des Beschleunigungsvorgangs beziehungsweise des Bremsvorgangs die Betriebstaktrate abhängig von der aktuellen Betriebsdrehzahl eingestellt wird. Diese Weiterbildung ermöglicht es, die erfindungsgemäße Verfahrensführung weiter zu verbessern, indem die Betriebstaktrate, angepasst an die nach dem Beschleunigungsvorgang beziehungsweise dem Bremsvorgang erreichte aktuelle Betriebsdrehzahl, an die dann vorliegende Betriebsdrehzahl angepasst eingestellt wird. Hierzu kann wieder das zuvor erläuterte erfindungsgemäße Verfahren, vorzugsweise gemäß der zuvor beschriebenen zwei Abschnitte, erfolgen.
Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Betriebstaktrate linear abhängig von der Betriebsdrehzahl bestimmt wird. Bei dieser Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Betriebstaktrate über einen kontanten Faktor proportional zur Betriebsdrehzahl bestimmt werden kann. Dies ermöglicht eine besonders einfache Bestimmung der Betriebstaktrate abhängig von der einzustellenden Betriebsdrehzahl.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass ein ganzzahliges Verhältnis zwischen der Betriebstaktrate und der Betriebsdrehzahl gewählt wird. Dadurch kann das Ermitteln beziehungsweise Bestimmen der Betriebstaktrate nochmals vereinfacht beziehungsweise verbessert werden. Diese Ausgestaltung lässt sich besonders einfach auch nachträglich bei bereits bestehenden Steuereinheiten realisieren. Darüber hinaus können vorteilhafte Wirkungen in Bezug auf die elektromagnetische Verträglichkeit erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass ein Ändern der Betriebstaktrate abhängig von einer mechanischen Läuferstellung eines Läufers der elektrischen Wechselspannungsmaschine erfolgt. Hierdurch ist es möglich, maschinentechnische Eigenschaften, insbesondere in Bezug auf eine Drehmomentbereitstellung der Wechselspannungsmaschine, eine Drehmomentbelastung der Wechselspannungsmaschine durch die angetriebene Komponente und/oder dergleichen, zu berücksichtigen. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit geeignete Sensoren, beispielsweise Drehstellungssensoren oder dergleichen, aufweist oder an derartige Sensoren angeschlossen ist und/oder aus elektrischen Parametern der Ständerwicklung eine entsprechende Läuferstellung ermittelt.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Komponente einen Hubkolbenverdichter aufweist und ein Ändern der Betriebstaktrate außerhalb eines Kompressionshubs erfolgt. Diese Weiterbildung hat den Vorteil, dass die Stabilität beim Wechseln der Betriebstaktrate beziehungsweise beim Ändern der Betriebstaktrate verbessert werden kann. Darüber hinaus kann während eines Kompressionshubs eine größere Leistung von dem Wechselrichter beziehungsweise ein größeres Drehmoment von der Wechselspannungsmaschine bereitgestellt werden, wodurch aufgrund des Änderns der Betriebstaktrate ungünstige dynamische Vorgänge im Wechselrichter auftreten können. Dadurch, dass das Ändern der Betriebstaktrate außerhalb des Kompressionshubs erfolgt, können die ansonsten auftretenden Nachteile und Probleme vermieden werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Betriebstaktrate gewobbelt wird. Wobbeln (englisch: sweep) meint das Bereitstellen von Schwingungen, insbesondere harmonischen Schwingungen wie Sinus-Schwingungen, wobei eine Frequenz dieser Schwingungen zyklisch zwischen zwei vorgebbaren Endwerten der Frequenz variiert wird. Hierdurch kann erreicht werden, dass akustische Störungen reduziert werden können. Darüber hinaus ermöglicht es diese Weiterbildung, die elektromagnetische Verträglichkeit zu verbessern, insbesondere in Bezug auf die leitungsgebundenen Störungen, wie oben erläutert. Störenergie kann auf ein breiteres Frequenzspektrum verteilt werden, wodurch insgesamt das Einhalten von Störgrenzwerten verbessert beziehungsweise Entstöraufwand reduziert werden kann. Auch die Akustik kann auf diese Weise verbessert werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Wobbeln einen Frequenzbereich erfasst, bei dem ein maximaler Frequenzwert wenigstens etwa 10%, vorzugsweise etwa 20%, besonders bevorzugt etwa 30%, größer als die zugeordnete Betriebstaktrate ist und/oder ein minimaler Frequenzwert wenigstens etwa 10%, vorzugsweise etwa 20%, besonders bevorzugt etwa 30%, kleiner als die zugeordnete Betriebstaktrate ist. Es hat sich gezeigt, dass sich ein Wobbeln in diesem Bereich als besonders günstig erweist, um die Akustik und/oder die elektromagnetische Verträglichkeit, insbesondere in Bezug auf leitungsgebundene Störungen, zu verbessern. Das Wobbeln kann mittels der Steuereinheit erreicht werden, indem diese die Betriebstaktrate entsprechend variiert. Für das Wobbeln kann vorgesehen sein, dass das Variieren zwischen dem maximalen Frequenzwert und dem minimalen Frequenzwert gemäß einer vorgegebenen Charakteristik und/oder in einem vorgegebenen Wobbelzeitraum erfolgt. Beispielsweise kann das Wobbeln basierend auf einem funktionalen Zusammenhang ermittelt werden, wie im Folgenden noch konkreter erläutert werden wird. Das Wobbeln kann beispielsweise mit einer Wobbelfrequenz erfolgen, die kleiner als die Betriebstaktrate ist. Entsprechend ist der Wobbelzeitraum größer als eine Periodendauer der Betriebstaktrate, die gewobbelt werden soll.
Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Komponente einen Hubkolbenverdichter aufweist und das Wobbeln mit einem Kompressionsvorgang des Hubkolbenverdichters synchronisiert wird. Dies erlaubt es, Leistungsschwankungen, die durch den bestimmungsgemäßen Betrieb des Hubkolbenverdichters auftreten, besonders beim Wobbeln zu berücksichtigen und damit nicht nur die Akustik sondern gegebenenfalls auch die elektromagnetische Verträglichkeit zu verbessern. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Wobbeln im Wesentlichen nur während eines Kompressionsvorgangs durchgeführt wird, bei dem eine größere Leistungsbereitstellung durch den Wechselrichter erforderlich ist. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt. Es können auch weitere Vorgänge vorgesehen sein, die mit dem Wobbeln synchronisiert werden können. Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass eine Wobbelamplitude des Wobbelns, das heißt, eine Frequenzdifferenz zwischen dem maximalen Frequenzwert beziehungsweise dem minimalen Frequenzwert und der mittleren Betriebstaktrate, verändert wird, insbesondere abhängig von Eigenschaften der Komponente, wie vorliegend beim Hubkolbenverdichter.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Wobbeln abhängig von einer Drehstellung des Hubkolbenverdichters erfolgt. Die Abhängigkeit kann neben einer Amplitude des Wobbelns auch die Drehstellung des Hubkolbenverdichters dahingehend berücksichtigen, als dass das Wobbeln mit Beginn eines Kompressionsvorgangs aktiviert oder die Wobbelamplitude vergrößert wird und der Kompressionsvorgangs beendet wird beziehungsweise in Bezug auf die Amplitude reduziert wird. Auch weitere Ausgestaltungen sind aus fachmännischer Sicht realisierbar. In Bezug auf den erfindungsgemäßen Wechselrichter wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Ständerwicklung als mehrphasige Ständerwicklung und der Wechselrichter zum Betrieb der mehrphasigen Ständerwicklung ausgebildet sind. Wie bereits zuvor erläutert, können hierdurch die besonders günstigen Eigenschaften, die insbesondere eine dreiphasige Ständerwicklung zu erreichen erlaubt, auch für die Erfindung nutzbar gemacht werden.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten gleichermaßen auch für den erfindungsgemäßen Wechselrichter und das mit dem erfindungsgemäßen Wechselrichter ausgerüstete Haushaltsgerät sowie umgekehrt. Insbesondere können daher Verfahrensmerkmale auch als Vorrichtungsmerkmale und umgekehrt formuliert sein.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder abweichen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Haushaltskältegerät in einer schematischen perspektivischen Darstellung, Fig. 2 in einer schematischen Darstellung einen Hubkolbenverdichter aufweisenden Kältemittelkreislauf des Haushaltskältegerätes,
Fig. 3 in einer schematischen Ansicht den Hubkolbenverdichter, der mittels einer dreiphasigen Wechselspannungsmaschine angetrieben ist, die an einen Wechselrichter angeschlossen ist,
Fig. 4 in einer schematischen Schaltbilddarstellung eine elektrische Energieversorgung für den Wechselrichter, der als dreiphasiger Wechselrichter ausgebildet ist, wobei an den Wechselrichter drei Phasenwicklungen einer Ständerwicklung der Wechselspannungsmaschine angeschlossen sind,
Fig. 5 in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung einen Ausschnitt einer Steuervorrichtung des Haushaltsgeräts, insbesondere für den Wechselrichter,
Fig. 6 in einer schematischen Diagrammdarstellung ein Differenzwirkungsgrad- Leistungsdiagramm für eine Wirkung des Betriebs des Wechselrichters bei einer Nutzung einer veränderbaren Taktrate abhängig von einer Eingangsleistung,
Fig. 7 in einer schematischen Diagrammdarstellung ein Differenzleistungszahl- Leistungsdiagramm zur Darstellung einer verbesserten Wirkung des Betriebs des Haushaltsgeräts bei einer Nutzung einer veränderbaren Taktrate abhängig von einer Eingangsleistung,
Fig. 8 in einer schematischen Diagrammdarstellung das Erzeugen von Phasensteuersignalen zum Bestimmen von Schaltsignalen für Schaltelemente des Wechselrichters,
Fig. 9 in einer schematischen Diagrammdarstellung die basierend auf Fig. 8 bestimmten Phasensteuersignale, und
Fig. 10 in einer schematischen Diagrammdarstellung leitungsgebundene Störungen der Energieversorgung bei unterschiedlichen Betriebszuständen. Die Fig. 1 zeigt in einer schematisch perspektivischen Darstellung ein Haushaltskältegerät 1 , das einen wärmeisolierten Korpus 10 mit einem Innenbehälter 2 umfasst, der einen kühlbaren Innenraum 3 begrenzt. Der kühlbare Innenraum 3 ist zum Lagern von nicht näher dargestellten Lebensmitteln vorgesehen.
Das Haushaltskältegerät 1 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine schwenkbare Tür 4 zum Verschließen des kühlbaren Innenraums 3 auf. Die Tür 4 ist bezüglich einer vertikal verlaufenden Achse schwenkbar gelagert. Bei geöffneter Tür 4, wie in der Fig. 1 dargestellt, ist der kühlbare Innenraum 3 von außen zugänglich. An der in Richtung des kühlbaren Innenraums 3 gerichteten Seite der Tür 4 sind mehrere Türabsteller 5 zum Lagern von Lebensmitteln angeordnet. Im kühlbaren Innenraum 3 sind mehrere Fachböden 6 zum Lagern von Lebensmitteln angeordnet, und im unteren Bereich des kühlbaren Innenraums 3 ist eine Schublade 7 angeordnet, in der ebenfalls Lebensmittel gelagert werden können.
Das Haushaltskältegerät 1 umfasst einen in der Fig. 2 gezeigten Kältemittelkreislauf 20 zum Kühlen des kühlbaren Innenraums 3. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Kältemittelkreislauf 20 ein nicht näher dargestelltes Kältemittel, einen Hubkolbenverdichter
21 , einen dem Hubkolbenverdichter 21 strömungstechnisch nachgeschalteten Verflüssiger
22, eine dem Verflüssiger 22 strömungstechnisch nachgeschaltete Drosselvorrichtung 23, die vorliegend als ein Drossel- oder Kapillarrohr ausgeführt ist, und einen Verdampfer 24, der zwischen der Drosselvorrichtung 23 und dem Hubkolbenverdichter 21 angeordnet ist. Der Hubkolbenverdichter 21 ist innerhalb eines nicht dargestellten Maschineraums des Haushaltkältegerätes 1 angeordnet, der sich hinter der Schublade 7 befindet. Der Hubkolbenverdichter 21 ist in Fig. 3 näher dargestellt.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Hubkolbenverdichters 21. Der Hubkolbenverdichter 21 umfasst eine Verdichterkammer 31 mit einem Einlass 32 und mit einem Auslass 33 für das Kältemittel, und einen innerhalb der Verdichterkammer 31 verschiebbar gelagerten Kolben 34. Der Einlass 32 und der Auslass 33 sind jeweils mit entsprechenden Ventilen versehen, wie dies dem Fachmann im Prinzip bekannt ist.
Der Hubkolbenverdichter 21 weist ferner ein Pleuel 35 auf, welches an einem Ende mit dem Kolben 34 und am gegenüberliegenden anderen Ende mit einer an einem Läufer 38 angeordneten Exzenterscheibe als rotierender Komponente verbunden ist. Der Läufer 38 ist Teil einer Wechselspannungsmaschine 36 des Haushaltskältegeräts 1. Die Wechselspannungsmaschine 36 ist vorliegend als dreiphasige permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet.
Der Wechselspannungsmaschine 36 weist einen Ständer 37 und den relativ zum Ständer 37 drehbar gelagerten Läufer 38 auf. Über die Exzenterscheibe ist das Pleuel 35 mit dem Läufer 38 gekoppelt, sodass im bestimmungsgemäßen Betrieb des Haushalskältegerätes 1 , wenn Kühlleistung bereitgestellt werden soll, der Kolben 34 mittels der Wechselspannungsmaschine 36 ein von der Verdichterkammer 31 und dem Kolben 34 eingeschlossenes Volumen 39 zum Verdichten des Kältemittels zyklisch zu verändern vermag.
Das Haushaltskältegerät 1 weist ferner eine elektronische Steuervorrichtung 8 (Fig. 1) auf, die eingerichtet ist, den Kältemittelkreislauf 20, derart zu betreiben, dass der kühlbare Innenraum 3 zumindest in etwa eine vorgegebene oder vorgebbare Soll-Temperatur erreicht. Die elektronische Steuervorrichtung 8 ist derart eingerichtet, dass sie eine aktuelle Temperatur des Innenraums 3 mittels eines nicht dargestellten Temperatursensors erfasst, mit der vorgegebenen oder vorgebbaren Soll-Temperatur vergleicht und abhängig von dem Vergleich wenigstens ein Steuersignal abgibt.
Um den Kältemittelkreislauf 20 betreiben zu können, weist das Haushaltskältegerät 1 im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine elektrische Energieversorgung 40 auf (Fig. 4), die neben einem Gleichspannungszwischenkreis 17 den elektrischen Wechselrichter 41 aufweist, welcher drei Reihenschaltungen aus jeweils zwei Schaltelementen 11 , 12, 13, 14, 15, 16 aufweist, die parallelgeschaltet an den Gleichspannungszwischenkreis 17 angeschlossen sind. Wechselrichterseitig ist ferner ein Kondensator C vorgesehen, der zu den Reihenschaltungen parallelgeschaltet ist.
Bei den Schaltelementen 11 , 12, 13, 14, 15, 16 handelt es sich vorliegend um MOSFET, die im Schaltbetrieb betrieben werden. Alternativ können anstelle der MOSFET natürlich auch andere Transistoren wie IGBT oder dergleichen zum Einsatz kommen. Zu diesem Zweck sind Gate-Anschlüsse der MOSFET als Steueranschlüsse der Schaltelemente 11 , 12, 13, 14, 15, 16 an die elektronische Steuervorrichtung 8 angeschlossen und von der elektronischen Steuervorrichtung 8 jeweiligen Schaltsignalen als Steuersignal beaufschlagt. An jeweiligen Mittelanschlüssen der Reihenschaltungen sind jeweilige Phasenwicklungen 42 einer Ständerwicklung des Ständers 37 der Wechselspannungsmaschine 36 angeschlossen, sodass in vorliegenden Fall eine Sternschaltung bereitgestellt wird. Der Gleichspannungszwischenkreis 17 wird über einen Brückengleichrichter 18 mit elektrischer Energie aus einem öffentlichen Energieversorgungsnetz 19 versorgt (Fig. 5).
Fig. 5 zeigt in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung einen Ausschnitt der Steuervorrichtung 8, die vorliegend Bestandteil des Wechselrichters 41 ist. Dem Grunde nach kann die Steuervorrichtung 8 jedoch auch separat vom Wechselrichter 41 ausgebildet sein und zumindest teilweise die Steuervorrichtung des Haushaltsgeräts 1 bilden. In Fig. 5 ist der Teil der Steuervorrichtung 8 schematisch dargestellt, der dazu dient, die Schaltsignale für die Schaltelemente 11 , 12, 13, 14, 15, 16 bereitzustellen, damit der Wechselrichter 41 eine dreiphasige Wechselspannung für die Phasenwicklungen 42 der Wechselspannungsmaschine 36 bereitzustellen vermag.
Aus Fig. 5 ist ferner ersichtlich, dass der Wechselrichter 41 gleichspannungsseitig an den Gleichspannungszwischenkreis 17 der Energieversorgung 40 angeschlossen ist. Der Gleichspannungszwischenkreis 17 stellt eine Zwischenkreisgleichspannung Ude bereit, mit der der Wechselrichter 41 , insbesondere seine Reihenschaltungen aus den Schaltelementen 11 bis 16, mit elektrischer Energie versorgt wird. Der Gleichspannungszwischenkreis 17 ist ferner an den Brückengleichrichter 18 angeschlossen, der seinerseits wechselspannungsseitig an das öffentliche Energieversorgungsnetz 19 angeschlossen ist, welches vorliegend eine einphasige elektrische Wechselspannung mit einem Effektivwert von in etwa 230 V bei einer Frequenz von etwa 50 Hz bereitstellt.
Die Steuervorrichtung 8 basiert in dieser Ausgestaltung auf einer Vektorsteuerung, jedoch ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Die Vektorsteuerung ist dem Grunde nach dem Fachmann bekannt, so dass von detaillierten Erläuterungen hierzu vorliegend abgesehen wird. Die Steuervorrichtung 8 ist ferner an Stromsensoren 43, 44, 45 angeschlossen, mit denen jeweilige Phasenströme der Phasenwicklungen 42 der Ständerwicklung erfasst werden können. Ferner ist die Steuervorrichtung 8 an die Schaltelemente 11 bis 16 angeschlossen, sodass die Steuervorrichtung 8 diese mit dem jeweils zugeordneten Schaltsignal beaufschlagen kann. Schließlich wird mittels eines Spannungssensors 46 die Zwischenkreisgleichspannung Ude des Gleichspannungszwischenkreises 17 erfasst. Der Spannungssensor 46 ist ebenfalls an die Steuervorrichtung 8 angeschlossen.
Die mittels der Stromsensoren 43 bis 45 erfassten elektrischen Phasenströme der jeweiligen Phasenwicklungen 42 werden einem ersten Transformationsblock 52 der Steuervorrichtung 8 zugeführt, der unter Nutzung einer Clarke-Transformation aus den gemessenen Stromwerten der Stromsensoren 43 bis 45 Transformationswerte la, Iß als transformierte Stromgrößen berechnet. Hierbei werden mehrphasige Größen, wie vorliegend die gemessenen Stromwerte der Stromsensoren 43 bis 45, in ein einfacheres zweiachsiges Koordinatensystem mit den Achsen a, ß überführt, sodass die Transformationswerte la, Iß ermittelt werden können. Auf diese Weise stellt der Transformationsblock 52 die Transformationswerte la und Iß bereit.
Die Transformationswerte la, Iß werden dann Blöcken 51 und 53 zugeführt. Der Block 51 realisiert eine Beobachtungsfunktion und stellt ein Drehzahlsignal w sowie ein Signal zu einer aktuellen Drehstellung 0 des Läufers der Wechselspannungsmaschine 36 bereit. Zu diesem Zweck erhält der Block 51 weitere Signale Va und Vß, die im Folgenden noch erläutert werden. Die im Block 51 ermittelte Drehstellung 0 wird ferner zusammen mit den Transformationswerten la und Iß dem Transformationsblock 53 zugeführt, der eine d/q- Transformation, auch als Park-Transformation bezeichnet, durchführt und hieraus Transformationswerte Iq und Id ermittelt.
Block 50 bezeichnet einen Referenzgenerator, der eine Soll-Drehzahl für die Wechselspannungsmaschine 36, und zwar deren Läufer 38, bereitstellt. Der Block 50 ist Teil einer übergeordneten Steuerung, die unter anderem eine Soll-Drehzahl für den Läufer 38 vorgibt. Ein Vergleicher 55 ermittelt eine Differenz zwischen der Soll-Drehzahl des Blocks 50 und der durch den Block 51 ermittelten Drehzahl w. Diese Differenz wird einer Referenzeinheit 56 zugeführt, ebenso wie die mittels des Spannungssensors 46 ermittelte Zwischenkreisgleichspannung Ude sowie ein Vektor Vs. Hieraus ermittelt die Referenzeinheit 56 Transformations-Soll-Werte für Id und Iq. Diese Transformations-Soll-Werte werden mit weiteren Vergleichern 57, 58 mit den vom Block 53 ermittelten Transformationswerten Iq und Id verglichen und die hierbei ermittelten Differenzen einer Stromeinheit gemäß Block 59 zugeführt. Die Stromeinheit gemäß Block 59 ermittelt Vektoren Vd und Vq, die einer inversen Park-Transformation in einem Block 60 zugeführt werden, der unter Berücksichtigung der vom Block 51 ermittelten Drehstellung 0 Vektoren Va und Vß ermittelt. Die Vektoren Va und Vß werden einem SVPWM-Block 49 zugeführt. Der SVPWM-Block 49 erhält unter Berücksichtigung der mittels des Spannungssensors 46 ermittelten Zwischenkreisgleichspannung Ude und einem im Folgenden noch erläuterten Taktratensignal die Schaltsignale für die Schaltelemente 11 bis 16 und stellt diese für den bestimmungsgemäßen Betrieb bereit.
Ein Taktratenermittlungsblock 54 erhält ebenfalls vom Block 50 das Drehzahlsignal w in Bezug auf den Soll-Wert für die Drehzahl und ermittelt hieraus eine Betriebstaktrate, wie im Weiteren noch erläutert werden wird. Der Block 54 stellt sodann ein Taktratensignal für den SVPWM-Block 49 bereit, der auf Basis des Taktratensignals die Schaltsignale für die Schaltelemente 11 bis 16 bestimmt.
Der Block 54 dient der Optimierung des Schaltverhaltens des Wechselrichters 41 und seiner Schaltelemente 11 bis 16. Die anhand von Fig. 5 erläuterte Steuervorrichtung 8 erlaubt es nämlich, die Betriebstaktrate beziehungsweise Betriebstaktfrequenz, auch Trägerfrequenz genannt, zu variieren, um den Wirkungsgrad des Wechselrichters 41 und des Haushaltskältegeräts 1 zu verbessern. Auch wenn im Folgenden die Erfindung anhand des Haushaltskältegeräts 1 erläutert wird, ist sie jedoch hierauf nicht beschränkt und kann gleichermaßen auch bei anderen Haushaltsgeräten, wie Waschmaschinen, Wäschetrocknern und dergleichen zum Einsatz kommen.
Die Erfindung weicht also insofern vom Stand der Technik unter anderem dahingehend ab, als dass die Betriebstaktrate im bestimmungsgemäßen Betrieb des Haushaltskältegeräts nicht mehr konstant zu sein braucht. Dadurch kann die Betriebstaktrate unter anderem abhängig von der Drehzahl des Läufers 38 der Wechselspannungsmaschine 36 gewählt werden, sodass nicht nur Schaltverluste der Schaltelemente 11 bis 16 sondern auch akustische Störungen reduziert werden können.
Die Taktrateneinheit 54 ermittelt basierend auf der Soll-Drehzahl des Blocks 50 die Betriebstaktrate, die für die Soll-Drehzahl eingesetzt werden soll. Die auf diese Weise ermittelte Betriebstaktrate wird an den SVPWM-Block 49 übermittelt, der hierauf basierend die Schaltsignale für die Schaltelemente 11 bis 16 bereitstellt.
Auch wenn die Schaltelemente 11 bis 16 vorliegend durch MOSFET gebildet sind, können in alternativen Ausgestaltungen hier natürlich auch andere Transistoren zum Einsatz kommen, beispielsweise bipolare Transistoren oder dergleichen.
Mit dem Block 50 wird abhängig von einem nicht weiter dargestellten Betriebssignal eine einzustellende Betriebsdrehzahl für den Hubkolbenverdichter 21 als Soll-Drehzahl vorgegeben beziehungsweise bestimmt. Der Betriebsdrehzahl wird dann die Betriebstaktrate zugeordnet. Dies kann beispielsweise wie folgt realisiert sein:
Bei einer konstanten Taktrate /PWM ergibt sich für die Auflösung eines Läuferwinkels Acp des Läufers folgender Zusammenhang gemäß Formel 1 : f Motor ‘ P
A(p = 2 TI — - - PWM
Dabei entspricht /Motor einer der Drehzahl des Läufers entsprechenden Frequenz.
Hieraus ergibt sich, dass die Auflösung des Läuferwinkels sowie die Anzahl der Zyklen pro Umdrehung des Läufers 38 abhängig von der Läuferfrequenz Motor, der Taktrate /PWM sowie einer Polpaarzahl p der Wechselspannungsmaschine 36 ist. Eine erhöhte Auflösung des Läuferwinkels führt zu einer erhöhten Auflösung der durch den Wechselrichter 36 bereitgestellten Wechselspannung, welche zugleich auch eine Stellgröße für die Regelung gemäß der Steuervorrichtung 8 bildet. Daraus folgt, dass sich bei einer konstanten Taktrate die Auflösung und auch die Regelgüte bei kleinen Drehzahlen des Läufers 38 erhöht. Die Regelgüte kann in diesem Zusammenhang zum Beispiel hinsichtlich eines Verzerrungsstroms und einer Drehmomentwelligkeit bewertet werden. Ein Modulationsgrad in Bezug auf die Pulsweitenmodulation kann somit durch die Steuervorrichtung 8 an einen aktuell vorliegenden Betriebszustand angepasst werden, beispielsweise in Bezug auf eine Drehzahl, ein Drehmoment sowie eine verfügbare Zwischenkreisgleichspannung und/oder gegebenenfalls weitere.
Mit der Erfindung ist es nun möglich, eine im Wesentlichen konstante Auflösung des Läuferwinkels Acp erreichen zu können. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Taktrate an die der Läuferdrehzahl entsprechenden Läuferfrequenz angepasst wird, wie sich dies aus der folgenden Formel 2 ergibt: f Motor ‘ P
Dieser Taktrate kann eine konstante Schaltzahl r zugeordnet werden, wie sich aus der folgenden Formel 3 ergibt:
/PWM r = - - f Motor ‘ P
Ist die Schaltzahl ganzzahlig, kann dies auch als synchrone Modulation bezeichnet werden.
Die Auflösung des Läuferwinkels Acp kann somit abhängig von einem Maximalwert der Läuferdrehzahl, der Taktrate, einer Ausführungszeit für die Regelung, einem zulässigen Verzerrungsstrom beziehungsweise einer zulässigen Drehmomentwelligkeit und/oder einer Genauigkeit des Beobachtersystems gemäß dem Block 51 gewählt werden. Durch Wahl einer konstanten Schaltzahl kann eine Reduzierung der Taktrate besonders bei niedrigen Drehzahlen des Läufers 38 erreicht werden. Durch die konstante Auflösung des Läuferwinkels Acp kann weiterhin eine hohe Effizienz beziehungsweise ein hoher Wirkungsgrad in Bezug auf die Wechselspannungsmaschine 36 erreicht werden. In den Figuren nicht dargestellt ist, dass die Steuervorrichtung 8 eine Rechnereinheit aufweist, die mittels eines Rechnerprogramms hinsichtlich ihrer Funktionalität gesteuert wird und die zuvor beschriebenen Funktionen realisiert. Im Einzelnen kann die Funktionalität der Verfahrensführung vorzugsweise wie folgt umgesetzt werden:
1. Zunächst wird die Taktrate gemäß der Formel 2 bestimmt.
2. Es erfolgt ein Festlegen einer Umsetzungsstrategie, indem beispielsweise ein geeigneter Zeitpunkt zum Ändern der Taktrate bestimmt wird. Vorzugsweise wird der Zeitpunkt dann gewählt, wenn der Läufer 38 eine vorgegebene Drehzahl erreicht hat. Um eine möglichst hohe Stabilität erreichen zu können, soll die Taktrate vorzugsweise nicht beim Starten eines Kühlvorgangs, beim Stoppen eines Kühlvorgangs, beim Beschleunigen oder auch beim Abbremsen und/oder während eines Kompressionsvorgangs des Hubkolbenverdichters durchgeführt werden.
Diese Vorgänge werden in der vorliegenden Ausgestaltung daher vorzugsweise mit einer geeigneten im Wesentlichen konstanten Betriebstaktrate durchgeführt. In Bezug auf einen Startvorgang bedeutet dies, dass in der vorliegenden Ausgestaltung vorgesehen ist, dass das Ändern der Betriebstaktrate erst nach Erreichen der Soll-Drehzahl des Läufers 38 durchgeführt wird. Ist ein dynamischer Vorgang nach Art einer Beschleunigung oder eines Bremsens vorgesehen, können diese vorzugsweise unterschieden werden. Bei einer Beschleunigung, bei der auch eine Drehzahlerhöhung des Läufers 38 erfolgt, wird die Betriebstaktrate vor dem Beschleunigungsvorgang auf eine maximale Betriebstaktrate oder auf eine Betriebstaktrate, die der einzustellenden Betriebsdrehzahl entspricht, geändert. Bei einem Bremsvorgang, der einer Drehzahlreduzierung des Läufers 38 entspricht, ist dagegen vorzugsweise vorgesehen, dass die Betriebstaktrate erst dann geändert wird, wenn die Soll-Drehzahl beziehungsweise die einzustellende Betriebsdrehzahl erreicht worden ist. Darüber hinaus kann berücksichtigt werden, dass das Ändern der Betriebstaktrate nur in einem vorgegebenen Bereich einer mechanischen Läuferstellung erfolgt. Das erlaubt es, das Ändern der Betriebstaktrate beispielsweise während eine Kompressionsvorgangs des Hubkolbenverdichters 21 zu vermeiden. 3. Auf Basis der Betriebstaktrate, die eingestellt werden soll, werden die Regelparameter der, vorzugsweise vektorbasierten, Steuereinheit 8 bestimmt.
4. Die Betriebstaktrate wird sodann entsprechend der vorhergehenden Nummer 1 zum unter Nummer 2 ermittelten Zeitpunkt aktiviert. Dabei kann ergänzend berücksichtigt werden, dass das Ändern der Betriebstaktrate erst zum Ende einer laufenden abgeschlossenen Periode der aktuellen Betriebstaktrate erfolgt. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass das Ändern der Betriebstaktrate vorliegend keinen Einfluss auf eine Totzeit in Bezug auf die jeweiligen Schaltelemente einer jeweiligen Reihenschaltung hat.
5. Zugleich werden auch die entsprechenden Parameter, insbesondere in Bezug auf die Regelung, zu dem unter Nummer 4 beschriebenen Zeitpunkt entsprechend angepasst beziehungsweise aktualisiert.
Auf diese Weise ist es also möglich, die Betriebstaktrate bedarfsgerecht ändern beziehungsweise anpassen zu können, sodass der Wirkungsgrad des Wechselrichters 36 und damit auch der des Haushaltskältegeräts 1 verbessert werden können.
Zugleich kann auf diese Weise auch erreicht werden, dass eine Akustik verbessert werden kann. Es ist nämlich möglich, mittels eines in den Figuren nicht dargestellten Akustiksensors entsprechende Akustiksignale aufzunehmen und diese beim Bestimmen der Betriebstaktrate zu berücksichtigen. Dadurch kann zugleich auch eine Verbesserung in Bezug auf die akustischen Eigenschaften des Haushaltskältegeräts 1 erreicht werden.
Anhand der schematischen Diagrammdarstellungen der Figuren 6 und 7 ist die Wirkung der Erfindung ersichtlich. Die Fig. 6 zeigt eine schematische Diagrammdarstellung, in der eine Abszisse einer dem Wechselrichter 41 zugeführten elektrischen Leistung in W entspricht. Eine Ordinate ist einer Differenz des Wirkungsgrads des Wechselrichters einer erfindungsgemäßen Taktratenvariation zu einer konstanten Betriebstaktrate in % zugeordnet. Graphen 81 bis 85 sind jeweiligen Betriebstemperaturverhältnissen am Hubkolbenverdichter 21 zugeordnet, und zwar wie folgt: Der Graph 81 entspricht einer Temperatur an einer Druckseite von 55 °C sowie einer Temperatur von -10 °C an einer Saugseite. Der Graph 82 unterscheidet sich vom Graphen 81 dadurch, dass auf der Saugseite eine Temperatur von -25 °C anliegt. Der Graph 83 unterscheidet sich vom Graphen 81 dadurch, dass an der Saugseite eine Temperatur von -30 °C anliegt. Beim Graphen 84 beträgt die Temperatur an der Druckseite 35 °C, wohingegen die Temperatur an der Saugseite -10 °C beträgt. Beim Graphen 85 beträgt die Temperatur auf der Druckseite ebenfalls 35 °C, wohingegen die Temperatur an der Saugseite -25 °C beträgt. Zu erkennen ist, dass sich die erfindungsgemäße Verfahrensführung besonders im Teillastbereich positiv hinsichtlich des Wirkungsgrads auswirkt. In Bezug auf den Graphen 81 stellt sich bereits eine Verbesserung ab einer Leistung von etwa 100 W oder weniger ein. In Bezug auf den Graphen 84 stellt sich die Verbesserung ab einer Leistung von etwa 82 W oder weniger ein. Bei den Graphen 82 bis 85 stellt sich die Verbesserung ab einer Leistung von etwa 70 W oder weniger ein. Je kleiner die Leistung wird, desto stärker wird hier der erfindungsgemäße Vorteil.
Fig. 7 zeigt eine entsprechende schematische Diagrammdarstellung für den Wirkungsgrad des Haushaltskältegeräts 1 , wobei die Abszisse wie in Fig. 6 gewählt ist und die Ordinate hier einer Differenz einer Leistungszahl (COP) einer erfindungsgemäßen Taktratenvariation zu einer konstanten Betriebstaktrate in % entspricht. Die Graphen entsprechen hinsichtlich der Randbedingungen denen, wie sie bereits anhand von Fig. 6 erläutert worden sind, weshalb auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird. Auch hier ist ersichtlich, dass eine Verbesserung des Wirkungsgrads besonders im Teillastbereich erreicht werden kann.
Die Steuervorrichtung 8 erzeugt Steuersignale zum Bestimmen der Schaltsignale für die Schaltelemente 11 bis 16 wie anhand der Figuren 8 und 9 im Folgenden ergänzend erläutert. Fig. 8 zeigt eine schematische Diagrammdarstellung, bei der eine Abszisse der Zeit in Sekunden und eine Ordinate Zählerständen von Zählern der nicht dargestellten Rechnereinheit der Steuervorrichtung 8 entsprechen. Zu erkennen ist, dass in einem ersten Zeitraum 64, der sich vom Zeitpunkt t=0 bis zum Zeitpunkt t=2,5 ■ 10'4 s erstreckt, zunächst ein Zählerstand einer Zählereinheit der Steuervorrichtung 8 für ein erstes Dreiecksignal 69 beginnend zum Zeitpunkt t=0 von einem Zählerwert =0 bis zu einem Zählerwert von 14000 hochgezählt wird. Dieser Wert wird zu einem Zeitpunkt t= 1 ,25 ■ 10'4 s erreicht. Sobald dieser Zählerstand erreicht ist, wird der Zähler wieder heruntergezählt bis zum Zählerstand null, der zum Zeitpunkt t=2, 5 ■ 10'4 s erreicht wird. Mit Graphen 66, 67, 68 werden Vergleichswerte für die jeweilige Erzeugung der Steuersignale für die drei Phasen bereitgestellt. Diese wurden zuvor anhand der obigen beschriebenen Vektorsteuerung ermittelt. Durch Vergleich mit dem den jeweiligen Phasen zugeordneten Werten gemäß der Graphen 66 bis 68 werden dann entsprechend zugehörige Steuersignale bestimmt.
Fig. 9 zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung die auf diese Weise erzeugten Schaltsignale mittels Graphen 61, 62, 63. Der Graph 61 ist dem Graphen 66 in Fig. 8 zugeordnet, der Graph 62 ist dem Graphen 67 gemäß Fig. 8 zugeordnet, und der Graph 63 ist dem Graphen 68 gemäß Fig. 8 zugeordnet. Die Abszisse des Diagramms gemäß Fig. 9 entspricht der Abszisse des Diagramms gemäß Fig. 8. Die Ordinate ist einem relativen Schaltzustand der Steuersignale zugeordnet, das heißt, es sind lediglich die Werte 0 und 1 vorhanden, die durch die Steuersignale eingenommen werden.
Zu erkennen ist, dass das Steuersignal gemäß dem Graphen 63 in einem Zeitbereich von einem Zeitpunkt t=0,25 ■ 10'4 s bis zum Zeitpunkt t=2,25 ■ 10'4 s den Wert 1 aufweist. Davor und danach ist dessen Wert null. Ein zweites Steuersignal gemäß dem Graphen 62 ist während einer Zeitdauer von einem Zeitpunkt t=0,625 ■ 10'4 s bis zu einem Zeitpunkt von t=1 ,875 ■ 10'4s eingeschaltet. Davor und danach ist dessen Wert null. Ein Schaltsignal gemäß dem Graphen 61 ist vorliegend vom Zeitpunkt t= 10'4 s bis zu einem Zeitpunkt 1,5 ■ 10'4 s eingeschaltet. Davor und danach ist dessen Wert null.
Basierend auf den auf diese Weise ermittelten Steuersignalen der Graphen 61 bis 63 werden dann mittels der Steuervorrichtung 8 die entsprechenden Schaltsignale für die Schaltelemente 11 bis 16 erzeugt, sodass entsprechend der Steuersignale 61 bis 63 entsprechende Spannungsverläufe an den am Wechselrichter 36 angeschlossenen Phasenwicklungen 42 der Ständerwicklung bereitgestellt werden. Wie aus den Figuren 8 und 9 ersichtlich ist, bestimmt der Graph 69, das heißt, der Zählerstand, bei dem die Zählrichtung gewechselt wird, die Betriebstaktrate. Mit den angegebenen Werten ergibt sich eine Taktrate von etwa 4 kHz. Zum Zeitpunkt t=2,5 ■ 10'4s wird die Betriebstaktrate geändert. Der maximale Zählerwert, bei dem die Zählrichtung gewechselt wird, beträgt nunmehr etwa 9000. Zugleich werden angepasste Werte gemäß der Graphen 66 bis 68 durch die Steuervorrichtung 8 bestimmt und für den Vergleich mit dem Graphen 69 herangezogen. Wie der mit der mit einem Bezugszeichen 65 gekennzeichnete zweite Zeitraum beziehungsweise Zeitabschnitt zeigt, ändert sich hierdurch die Periode der Taktrate auf 1,67 ■ 10'4 s, was einer Betriebsfrequenz beziehungsweise Betriebstaktrate von etwa 6 kHz entspricht. Fig. 9 zeigt im entsprechenden Bereich 65 die auf diese Weise erzeugten Steuersignale mit den Graphen 61 bis 63. Hieraus ist eindeutig ersichtlich, dass die Schaltsignale zeitlich entsprechend kürzer sind.
Darüber hinaus kann eine weitere Funktionalität vorgesehen sein, indem nämlich die Betriebstaktrate gewobbelt wird, wie im Folgenden erläutert wird. Das Wobbeln ist vorliegend als diskretes Wobbeln realisiert. Dadurch kann unter anderem erreicht werden, dass leitungsgebundene Störungen reduziert werden können. Diese Weiterbildung basiert auf dem Gedanken, dass im Frequenzspektrum der Störsignale Frequenzanteile der Betriebstaktrate beziehungsweise der Betriebsfrequenz inklusive von Harmonischen und Interharmonischen mit der auf der aktuellen Betriebsdrehzahl basierenden Grundschwingung vorhanden sein können, insbesondere bei konstanter Taktrate. Dabei kann die Betriebstaktrate beziehungsweise Betriebsfrequenz gemäß der folgenden Formel 4 variiert werden: PWM = /PWM..Basis (1 + 0,2 ■ sin(2 ■ (p)
Darüber hinaus kann auch eine weitere Optimierung, insbesondere in Bezug auf eine Belastung beziehungsweise ein Lastprofil, ergänzt werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Verhältnis zwischen einem maximalen und einem aktuell vorhandenen Drehmoment berücksichtigt wird, um einen Aussteuerbereich des Wobbelns bei großer Belastung zu reduzieren beziehungsweise zu begrenzen. Beispielsweise können Maximal- und Minimalwerte gemäß der folgenden Gleichung 5 eingeführt werden:
Mmax e [1,3]
M Darüber hinaus kann insbesondere bei Nutzung eines Hubkolbenverdichters 21 ein elektrischer Läuferwinkel mit jeweiligen Kompressionsvorgängen synchronisiert werden. So kann sich ein Winkel q>K aus einer elektrischen Läuferstellung und einem Offset ergeben. Der Offset kann so gewählt sein, dass eine positive Halbwelle einer Sinusschwingung, die einen mechanischen Winkel von 90° in Bezug auf die Polpaarzahl entspricht, im Wesentlichen in einem Bereich eines Kompressionszyklusses des Hubkolbenverdichters 21 liegt. Durch die dann höhere Betriebstaktrate können sich weitere Vorteile hinsichtlich der Regelung, insbesondere in Bezug auf die Drehmomentwelligkeit, eine Abtastrate und/oder dergleichen, ergeben. Beispielsweise kann das Wobbeln gemäß folgender Formel 6 realisiert sein:
Mmax PWM = /pWM_Basis ' (1 + 0,1 1 ■ sin(2 ■ (pK)
Fig. 10 zeigt in einer weiteren schematischen Diagrammdarstellung die entsprechenden Ergebnisse. Eine Abszisse des Diagramms in Fig. 10 ist der Frequenz in Hz und eine Ordinate einem Störpegel in dßpV zugeordnet. In Fig. 10 ist mit einem Graphen 70 der Normgrenzwert für eine Quasi-Peak-Störung gemäß der Norm EN 55014/1 dargestellt. Mit einem Graphen 71 ist der gemäß dieser Norm definierte Normgrenzwert für einen Mittelwert dargestellt. Mit einem Graphen 74 sind die leitungsgebundenen Störungen in Bezug auf den Graphen 70 dargestellt, und zwar für ein Steuerverfahren mit konstanter Betriebstaktrate des Stands der Technik. Ein entsprechendes Mittelwertsignal ist mit dem Graphen 78 dargestellt, in Bezug auf den Graphen 71. Mit einem Graphen 73 sind die leitungsgebundenen Störungen im Quasi-Peak-Bereich für ein Steuerverfahren dargestellt, wenn zusätzlich ein Betriebswobbeln vorgesehen ist. Entsprechendes zeigt ein Graph 77 für den Mittelwert. Zu erkennen ist, dass die Störungen gegenüber dem Stand der Technik gleichmäßiger sind, das heißt, nicht zu große Ausschläge aufweisen. Mit Graphen 72 und 76 sind die entsprechenden Verhältnisse gemäß der Erfindung basierend auf variabler Betriebstaktrate dargestellt, wobei der Graph 72 den Quasi-Peak- Wert und der Graph 76 den Mittelwert darstellt. Deutlich erkennbar ist die erreichbare Reduktion in Bezug auf die leitungsgebundenen Störungen. 5 Die Figurenbeschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und soll diese nicht beschränken.
Bezugszeichenliste
1 Haushaltskältegerät
2 Innenbehälter
3 Innenraum
4 Tür
5 Türabsteller
6 Fachboden
7 Schublade
8 Steuervorrichtung
10 Korpus
11 Schaltelement
12 Schaltelement
13 Schaltelement
14 Schaltelement
15 Schaltelement
16 Schaltelement
17 Gleichspannungszwischenkreis
18 Brückengleichrichter
19 Energieversorgungsnetz
20 Kältemittelkreislauf
21 Hubkolbenverdichter
22 Verflüssiger
23 Drosselvorrichtung
24 Verdampfer
31 Verdichterkammer
32 Einlass
33 Auslass
34 Kolben
35 Pleuel
36 Wechselspannungsmaschine
37 Ständer
38 Läufer 39 Volumen
40 Energieversorgung
41 Wechselrichter
42 Phasenwicklungen
43 Stromsensor
44 Stromsensor
45 Stromsensor
46 Spannungssensor
49 Block
50 Block
51 Block
52 Block
53 Block
54 Block
55 Vergleicher
56 Referenzeinheit
57 Vergleicher
58 Vergleicher
59 Block
60 Block
61 Graph
62 Graph
63 Graph
64 Zeitraum
65 Zeitraum
66 Graph
67 Graph
68 Graph
69 Graph
70 Graph
71 Graph
72 Graph
73 Graph
74 Graph 76 Graph
77 Graph
78 Graph
81 Graph
82 Graph 83 Graph
84 Graph
85 Graph

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters (41), an den eine Ständerwicklung (42) einer elektrischen Wechselspannungsmaschine (36) elektrisch angeschlossen ist, welche eine in einem bestimmungsgemäßen Betrieb eines Haushaltsgeräts (1) zumindest zeitweise um eine Rotationsachse rotierende Komponente (21) antreibt, wobei der Wechselrichter (41) die Ständerwicklung (42) mit einer elektrischen Wechselspannung beaufschlagt, die mittels wenigstens einer zwei Schaltelemente (11, 12, 13, 14, 15, 16) aufweisenden Reihenschaltung des Wechselrichters (41) bereitgestellt wird, wobei die Reihenschaltung mit einer Zwischenkreisgleichspannung (Ude) beaufschlagt wird, wobei Schaltsignale für die Schaltelemente (11, 12, 13, 14, 15, 16) mittels einer Steuereinheit (8) des Wechselrichters (41) bereitgestellt werden, wobei die Steuereinheit (8) die Schaltsignale nach einem Pulsweitenmodulationsprinzip basierend auf einer Taktrate abhängig von einem Betriebssignal für die Komponente (21) ermittelt, wobei die Taktrate größer als eine einer Drehzahl der Komponente (21) entsprechende Frequenz ist, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von dem Betriebssignal eine einzustellende Betriebsdrehzahl der Komponente (21) bestimmt wird, der Betriebsdrehzahl eine Betriebstaktrate zugeordnet wird, die Schaltsignale basierend auf der Betriebstaktrate bestimmt werden, die Betriebsdrehzahl der Komponente (21) eingestellt wird und die Schaltelemente (11, 12, 13, 14, 15, 16) entweder bereits vor oder erst nach dem Einstellen der Betriebsdrehzahl mit den auf der Betriebstaktrate basierenden Schaltsignalen beaufschlagt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Beschleunigungsvorgangs der Komponente (21) eine maximale Betriebstaktrate oder eine von der einzustellenden Betriebsdrehzahl abhängige Betriebstaktrate eingestellt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Bremsvorgangs der Komponente (21) die vor dem Bremsvorgang eingestellte Betriebstaktrate beibehalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Beenden des Beschleunigungsvorgangs beziehungsweise des Bremsvorgangs die Betriebstaktrate abhängig von der aktuellen Betriebsdrehzahl eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebstaktrate linear abhängig von der Betriebsdrehzahl bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein ganzzahliges Verhältnis zwischen der Betriebstaktrate und der Betriebsdrehzahl gewählt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ändern der Betriebstaktrate abhängig von einer mechanischen Läuferstellung eines Läufers (38) der elektrischen Wechselspannungsmaschine (36) erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (21) einen Hubkolbenverdichter aufweist und ein Ändern der Betriebstaktrate außerhalb eines Kompressionshubs erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebstaktrate gewobbelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wobbeln einen Frequenzbereich erfasst, bei dem ein maximaler Frequenzwert wenigstens 10%, vorzugsweise 20%, besonders bevorzugt 30%, größer als die zugeordnete Betriebstaktrate ist und/oder ein minimaler Frequenzwert wenigstens 10%, vorzugsweise 20%, besonders bevorzugt 30%, kleiner als die zugeordnete Betriebstaktrate ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (21) einen Hubkolbenverdichter aufweist und das Wobbeln mit einem Kompressionsvorgang des Hubkolbenverdichters synchronisiert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wobbeln abhängig von einer Drehstellung des Hubkolbenverdichters erfolgt. 13. Wechselrichter (41) zum Beaufschlagen einer an den Wechselrichter (41) elektrisch angeschlossenen Ständerwicklung (42) einer elektrischen Wechselspannungsmaschine (36), welche eine in einem bestimmungsgemäßen Betrieb eines Haushaltsgeräts (1) zumindest zeitweise um eine Rotationsachse rotierende Komponente (21) antreibt, mit einer elektrischen Wechselspannung, wobei der Wechselrichter (41) wenigstens eine zwei Schaltelemente (11, 12, 13, 14, 15, 16) aufweisende Reihenschaltung zum Bereitstellen der Wechselspannung und eine Steuereinheit (8) zum Bereitstellen von Schaltsignalen für die Schaltelemente (11, 12, 13,
14, 15, 16) aufweist, wobei die Reihenschaltung mit einer Zwischenkreisgleichspannung (Ude) beaufschlagbar ist, wobei die Steuereinheit (8) ausgebildet ist, die Schaltsignale nach einem Pulsweitenmodulationsprinzip basierend auf einer Taktrate abhängig von einem Betriebssignal für die Komponente (21) zu ermitteln, wobei die Taktrate größer als eine einer Drehzahl der Komponente (21) entsprechende Frequenz ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) ausgebildet ist, abhängig von dem Betriebssignal eine einzustellende Betriebsdrehzahl der Komponente (21) zu bestimmen, der Betriebsdrehzahl eine Betriebstaktrate zuzuordnen, die Schaltsignale basierend auf der Betriebstaktrate zu bestimmen, die Betriebsdrehzahl der Komponente (21) einzustellen und die Schaltelemente (11, 12,
13, 14, 15, 16) entweder bereits vor oder erst nach dem Einstellen der Betriebsdrehzahl mit den auf der Betriebstaktrate basierenden Schaltsignalen zu beaufschlagen.
14. Wechselrichter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ständerwicklung (42) als mehrphasige Ständerwicklung und der Wechselrichter (36) zum Betrieb der mehrphasigen Ständerwicklung (42) ausgebildet sind.
15. Haushaltsgerät (1) mit einer in einem bestimmungsgemäßen Betrieb des Haushaltsgeräts (1) zumindest zeitweise um eine Rotationsachse rotierenden Komponente (21), einer mit der Komponente (21) rotationstechnisch gekoppelten elektrischen Wechselspannungsmaschine (36) zum drehbaren Antreiben der Komponente (21), wobei die Wechselspannungsmaschine (36) eine Ständerwicklung (42) aufweist, und einem an die Ständerwicklung (42) elektrisch angeschlossenen Wechselrichter (41) zum Beaufschlagen der Ständerwicklung (42) mit einer elektrischen Wechselspannung, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (36) nach einem der Ansprüche 13 oder 14 ausgebildet ist.
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