AT512488A1

AT512488A1 - Gleichrichterschaltung mit drossel

Info

Publication number: AT512488A1
Application number: AT1422012A
Authority: AT
Inventors: Rudolf Fehringer; Ronald Stumberger
Original assignee: Schneider Electric Power Drives Gmbh
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2013-08-15

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gleichrichterschaltung mit Drossel, wobei die Gleichrichterschaltung eine Gleichrichtanordnung mit Dioden umfasst, vorzugsweise eine dreiphasige Brückengleichrichtanordnung, und die Drossel einerseits mit einer gleichstromseitigen , Ausgangsleitung der Gleichrichtanordnung verbunden ist, sowie andererseits mit einem gleichstromseitigem Ausgangsanschluss der Gleichrichterschaltung, an welchem vorzugsweise eine Last und/oder eine weitere elektronische Schaltung angeschlossen vorgesehen ist, verbunden ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Drossel neben einer Primärwicklung zumindest eine weitere Wicklung als Sekundärwicklung umfasst, wobei Primärwicklung und Sekundärwicklung miteinander magnetisch gekoppelt sind, und die Primärwicklung einerseits mit der gleichstromseitigen Ausgangsleitung der Gleichrichtanordnung verbunden ist, sowie andererseits mit einem Ausgangsanschluss der Gleichrichterschaltung verbunden ist, und mit der Sekundärwicklung eine Regeleinrichtung zur Regelung des Gleichrichterstroms der Primärwicklung mittels eines, von der Regeleinrichtung in die Sekundärwicklung eingeprägten Steuerstroms, verbunden ist. Mithilfe einer Regeleinrichtung welche einen Steuerstrom in die Sekundärwicklung einprägt, wird der Gleichrichterstrom der Primärwicklung mit dem Steuerstrom beeinflusst.

Description

1 F/Sf/44708

Gle±chrich-berschal1:ung mit Drossel

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gleichrichterschaltung mit Drossel, wobei die

Gleichrichterschaltung eine Gleichrichtanordnung mit Dioden umfasst, vorzugsweise eine dreiphasige

Brückengleichrichtanordnung, und die Drossel einerseits mit einer gleichstromseitigen Ausgangsleitung der

Gleichrichtanordnung verbunden ist, sowie andererseits mit einem gleichstromseitigen Ausgangsanschluss der

Gleichrichterschaltung, an welchem vorzugsweise eine Last und/oder eine weitere elektronische Schaltung angeschlossen ist, verbunden ist, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiters auf ein Verfahren zur Regelung einer Drossel in einer Gleichrichterschaltung mit einem netzseitigen Anschluss und einem gleichstromseitigen Ausgangsanschluss, vorzugsweise eine Gleichrichterschaltung mit einer dreiphasigen

Gleichrichtanordnung von Dioden, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 11.

STAND DER TECHNIK

In der Elektrotechnik, insbesondere in der modernen Leistungselektronik, ist eine Vielzahl an unterschiedlichen Ausführungsformen von Gleichrichterschaltungen bekannt. Die diversen Gleichrichterschaltungen sollen im Wesentlichen über eine netzseitige, sinusförmige Spannung am Eingang eine möglichst konstante Gleichspannung am Ausgang der Gleichrichterschaltung bereitstellen. Gleichrichterschaltungen weisen dabei eine Gleichrichtanordnung von „elektronischen Ventilen" in Form von Halbleiterbauelementen als Gleichrichtventil auf, wobei die Gleichrichtventile abwechselnd in den leitenden und nichtleitenden Zustand versetzt werden. Durch eine entsprechende Gleichrichtanordnung 2 F/Sf/44708 dieser Gleichrichtventile in einer Gleichrichterschaltung kann aus einer sinusförmigen Wechselspannung eine annähernd konstante Gleichspannung bereitgestellt werden. In der Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird der Begriff Dioden im folgenden stellvertretend für alle Halbleiterbauelemente die als Gleichrichtventil ausführbar sind verwendet. Umfasst sind damit Dioden, Thyristoren oder andere Gleichrichtventile und der Begriff, der Diode ist dabei als nicht einschränkend nur auf den Bauelementtyp der Diode anzusehen.

Eine häufige Gleichrichtanordnung von Dioden ist die aus dem Stand der Technik, insbesondere 'in der Leistungselektronik, bekannte dreiphasige {Sechspuls-) Brückengleichrichtanordnung (B6 Schaltung). Dabei wird aus einem dreiphasigen Drehstromnetz (die sogenannte Wechselstromseite der Gleichrichterschaltung) mittels einer Brückenanordnung von Dioden nach der Brückenanordnung (die sogenannte Gleichstromseite der Gleichrichterschaltung) eine gleichgerichtete Spannung erzeugt. Die Gleichrichtanordnung lässt dabei entsprechend ihrer Ventilfunktion der elektronischen Ventile Halbwellen der netzseitigen Sinusspannung passieren, wobei bei einer dreiphasigen Brückengleichrichtanordnung innerhalb einer Periode der Netzspannung sechs (d.h. Sechspuls) positive, innerhalb einer Periode überlagerte Halbwellen als Ausgangsspannung zur Verfügung stehen.

Um die entstehenden sechs überlagerten Halbwellen zu glätten und einen möglichst konstanten Spannungs- sowie Stromverlauf am Ausgang der Gleichrichterschaltung zu erreichen, sind in Gleichrichterschaltungen meist gleichstromseitig zusätzliche Induktivitäten (Drosseln) und/oder Kapazitäten vorgesehen, wobei auch wechselstromseitig, neben den bekannten Netzinduktivitäten, noch zusätzliche Induktivitäten ausgeführt sein können. Man spricht bei gleichstromseitigen Induktivitäten von Gleichstromdrosseln (DC-Drossel), bei zusätzlichen wechselstromseitigen Induktivitäten von Wechselstromdrosseln (AC-Drossel). Die Gleichrichterschaltung 3 F/Sf/44 708 weist mit Induktivitäten und Kapazitäten eine Impedanz auf, mit welcher Impedanz die Glättung der Ausgangsspannung erfolgt. Die Impedanz ist insbesondere entscheidend für die Stabilität der Gleichrichterschaltung und der Ausgangsspannun'g. Die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung wird im Allgemeinen auch Busspannung oder Zwischenkreisspannung genannt.

Der netzseitige Stromverlauf einer Gleichrichterschaltung mit Schaltelementen, Induktivitäten und/oder Kapazitäten, auch jene von einer Last oder einer weiteren elektronischen Schaltung an der Gleichspannungsseite, ist dabei in herkömmlicher Weise nicht streng sinusförmig mit der Netzfrequenz. Die nicht-sinusförmigen Ströme verursachen infolge ihres Oberschwingungsgehalts und der Phasenverschiebung gegenüber der Netzgrundschwingung unerwünschte netzseitige Spannungs- bzw. Stromverzerrungen. Insbesondere bei Gleichrichterschaltungen höherer Leistung sind diese Netzrückwirkungen nicht zu vernachlässigen. Es gilt einen Pegel der summierten Leistung aller Oberschwingungen im Verhältnis zur Leistung der Grundschwingung einzuhalten (THDi, steht für „Total Harmonie Distortion of currents" bzw. „gesamte harmonische Verzerrung der Ströme"), wobei das THDi-Verhältnis für Spannungsqualität im Netz steht und gemäß Normen (z.B. IEC61000-3-2) vorgegeben ist. Für herkömmliche dreiphasige Brückengleichrichterschaltungen sind zusätzliche DC-Drosseln oder AC-Drosseln vorgesehen, um

Netzverzerrungen zu vermindern, sowie die Stabilität der gleichstromseitigen Ausgangsspannung sicherzustellen. Die Induktivität der Drossel muss, in Abhängigkeit des Gleichrichterstroms, einem bestimmten Wert entsprechen, um Netzverzerrungen kleiner der vorgeschriebenen Normen zu erreichen. Die mit AC- oder DC-Drosseln erreichbare Verminderung von Netzrückwirkungen, insbesondere im Hinblick eines möglichst geringen Oberschwingungsgehalts, ist eingeschränkt. 4 F/Sf/44708

Als weiterer Nachteil zeigt sich, dass die Drosseln je nach Last’ bzw. einer weiteren elektronischen Schaltung am Ausgang der Gleichrichterschaltung dimensioniert werden müssen. Insbesondere bei hohen Strömen durch die Drossel kommt es mitunter auch zur Sättigung des magnetischen Kerns der Drossel, wobei die Induktivität der Drossel in Abhängigkeit des Gleichrichterstroms dabei schwer zu dimensionierende, nichtlineare Charakteristik zeigt. Magnetische Sättigung der Drossel muss vermieden werden. Des Weiteren soll es insbesondere bei DC-Drosseln zu keiner Resonanz des entstehenden RLC-Schwingkreises der Gleichrichterschaltung und damit zu Instabilität der Gleichrichterschaltung kommen. Die Wertebereiche zur optimalen Dimensionierung der Drosseln in Abhängigkeit des Gleichrichterstroms sind sehr schmal, wobei die erforderlichen Abmessungen der Drosseln, insbesondere für hohe Ströme, meist sehr groß sind und nicht in einfacher Weise in integrierte Schaltungen eingebaut werden können. Noch dazu ist der Materialverbrauch bei großer geometrischer Abmessung der Drossel sehr hoch.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung diese Nachteile zu vermeiden und eine Gleichrichterschaltung mit Drossel sowie ein Verfahren zur Regelung einer Drossel in jener Weise auszuführen, dass die negativen Netzrückwirkungen, insbesondere der Oberschwingungsgehalt, im Vergleich zu herkömmlichen Gleichrichterschaltungen mit Gleichstromdrosseln minimiert werden, magnetische Sättigung der Drossel vermieden wird, die Stabilität der AusgangsSpannung sichergestellt ist und kleinere geometrische Abmessungen der Drossel möglich sind.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Diese Ziele werden durch die Merkmale von Anspruch 1 und Anspruch 11 erreicht.

Anspruch 1 bezieht sich auf eine Gleichrichterschaltung mit Drossel, wobei die Gleichrichterschaltung eine 5 F/Sf/44 708

Gleichrichtanordnung mit Dioden umfasst, vorzugsweise eine dreiphasige Brückengleichrichtanordnung, und die Drossel einerseits mit einer gleichstromseitigen Ausgangsleitung der Gleichrichtanordnung verbunden ist, sowie andererseits mit einem gleichstromseitigen Ausgangsanschluss der Gleichrichterschaltung, an welchem vorzugsweise eine Last und/oder eine weitere elektronische Schaltung angeschlossen ist, verbunden ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Drossel neben einer Primärwicklung zumindest eine weitere Wicklung als Sekundärwicklung umfasst, wobei Primärwicklung und Sekundärwicklung miteinander magnetisch gekoppelt sind, und die Primärwicklung einerseits mit der gleichstromseitigen Ausgangsleitung der Gleichrichtanordnung verbunden ist, sowie andererseits mit einem Ausgangsanschluss der Gleichrichterschaltung verbunden ist, und mit der Sekundärwicklung eine Regeleinrichtung zur Regelung des Gleichrichterstroms der Primärwicklung mittels eines, von der Regeleinrichtung in die Sekundärwicklung eingeprägten Steuerstroms, verbunden ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung zur Regelung der Induktivitätseigenschaften der Primärwicklung mittels dem, von der Regeleinrichtung in die Sekundärwicklung eingeprägten Steuerstrom, mit der Sekundärwicklung verbunden ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung zur Regelung der Stromform des Gleichrichterstroms mittels eines, von der Regeleinrichtung in die Sekundärwicklung eingeprägten wechselndem Steuerstroms, mit der Sekundärwicklung verbunden ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass Primärwicklung und Sekundärwicklung mit einem gemeinsamen Wicklungskern, vorzugsweise ein Wicklungskern mit Luftspalt, magnetisch gekoppelt sind. 6 F/Sf/44708

Die erfindungsgemäße Gleichrichterschaltung mit Drossel weist, ausgangsseitig der Gleichrichtanordnung eine Drossel auf, welche neben einer Primärwicklung auch eine Sekundärwicklung umfasst. Die Drossel stellt eine Drossel im weiteren Sinn dar, da sie zumindest eine zweite Wicklung umfasst, wobei die Drossel keinen Transformator darstellt, da der Kern der Drossel gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Luftspalt ausgeführt ist. Die vorliegende Erfindung zielt trotz transformatorischer Eigenschaften der Drossel nicht auf eine aus dem Stand der Technik bekannte, mittels Transformatoren erreichbare, Potentialtrennung der beiden Wicklungen ab. Insbesondere ist bei bekannter Potentialtrennung der Gleichrichterstrom nicht als Ausgangsström bzw. Laststrom vorgesehen, sondern der Laststrom eben durch einen Transformator vom Gleichrichterstrom getrennt.

Primärwicklung und Sekundärwicklung der Drossel sind mit einer gegenseitigen Induktivität magnetisch gekoppelt. Die Primärwicklung ist an jener Stelle in der Gleichrichterschaltung vorgesehen, an welcher auch herkömmliche Gleichstromdrosseln im Stand der Technik vorgesehen sind. Der Gleichrichterstrom fließt durch die Primärwicklung. Mithilfe einer Regeleinrichtung, welche einen Steuerstrom in die Sekundärwicklung einprägt, wird der Gleichrichterstrom der Primärwicklung mit dem Steuerstrom beeinflusst. Damit kann die primärseitige Induktivitätseigenschaft des magnetischen Flusses geregelt werden, um insbesondere magnetische Sättigung des gemeinsamen Kerns der Wicklungen zu, vermeiden.

Insbesondere ist es möglich, mithilfe eines wechselnden Spannungsabfalls an der Primärwicklung bei Einprägen eines wechselnden Steuerstroms in die Sekundärwicklung, über den Zusammenhang Spannung zu Strom der Primärwicklung die Form bzw. den Zeitverlauf des Gleichrichterstroms zu regeln. Dies birgt den Vorteil, dass durch das „shapen" des Gleichrichterstroms Netzrückwirkungen, insbesondere Oberschwingungsanteile, minimiert werden können. 7 F/Sf/44708

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung mit Drossel ist vorgesehen, dass die Primärwicklung zur Sekundärwicklung eine unterschiedliche Wicklungszahl aufweist, wobei die Primärwicklung vorzugsweise eine geringere Wicklungszahl aufweist als die Sekundärwicklung. Dadurch kann bereits ein Steuerstrom mit geringem Betrag mithilfe eines Transformationsverhältnisses entsprechend der Wicklungszahl auch hohe Gleichrichterströme regeln. Eine geringe Stromstärke in der Sekundärwicklung ist insofern vorteilhaft, da die Regeleinrichtung nur geringe Leistung zur Verfügung stellen muss und geringe Stromstärken in der Elektronik einfacher implementierbar sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung zumindest ein Schaltelement umfasst, das parallel zur Gleichrichtanordnung geschaltet ist, und das einerseits mit der Primärwicklung und andererseits mit der Sekundärwicklung der Drossel verbunden ist. Der Stromzweig mit dem zumindest einem Schaltelement bildet eine steuerbare Stromquelle für die Sekundärwicklung, wobei die Schaltzustande des zumindest einen Schaltelementes von zusätzlicher, aus dem Stand der Technik bekannter Hard- und/oder Software der Regeleinrichtung bestimmt werden. aus

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mehrere Schaltelemente vorgesehen sind, die in H-förmiger Brückenschaltung ausgeführt sind, wobei die Sekundärwicklung der Drossel im Brückenzweig der H-förmigen Brückenschaltung angeordnet ist. Die Schaltelemente können als Leistungshalbleiter ausgeführt sein, vorzugsweise als IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor). IGBTs sind insbesondere für hohe Stromstärken geeignet. Die Brückenschaltung von steuerbaren IGBTs oder IGBT-Modulen erlaubt es einen wechselnden Steuerstrom zu erzeugen. Es kann je nach Steuerung der IGBTs ein konstanter Steuerstrom und/oder ein wechselnder Steuerstrom erzeugt werden. Insbesondere kann mit, aus dem Stand der Technik bekannten Mitteln mithilfe der H-förmigen Brücke die Stromform des Steuerstroms eingestellt werden, um die störenden, netzrückwirkenden Anteile aus dem 8 F/Sf/44708

Gleichrichterstrom zu kompensieren. Auch Pulsbreitenmodulation ist mit der H-förmigen Brückenschaltung möglich, um den durch die Schaltvorgänge der Schaltelemente auf das Netz rückwirkenden Stromrippel so gering wie möglich zu halten.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass parallel zur Gleichrichtanordnung und/oder parallel zum Ausgangsanschluss der Gleichrichterschaltung zumindest ein Kondensator mit der Kapazität C geschaltet ist. Ein Kondensator parallel zur Gleichrichtanordnung ist etwa vorgesehen, um einen Tiefpassfilter der Spannung am Ausgang der Gleichrichtanordnung zu verwirklichen. Ein Kondensator parallel zum Ausgangsanschluss der Gleichrichterschaltung stellt einen Filter-Kondensator dar, wobei unter anderem Störsignale vom Filter-Kondensator abgeleitet werden.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sekundärwicklung als Bauteil mit hoher Impedanz mit der Gleichrichtanordnung verbunden ist. Die Sekundärwicklung weist, auch aufgrund ihrer vorzugsweisen hohen Wicklungszahl, eine hohe Impedanz auf. Eine hohe Impedanz ist zur Signalglättung vorteilhaft, insbesondere um den Stromrippel durch Schaltvorgänge der Schaltelemente zu minimieren. Die Impedanz der Sekundärwicklung kann dazu genützt werden.

Anspruch 11 bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung einer Drossel in einer Gleichrichterschaltung mit einem netzseitigen Anschluss und einem gleichstromseitigen Ausgangsanschluss, vorzugsweise eine Gleichrichterschaltung mit einer dreiphasigen Gleichrichtanordnung von Dioden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,- dass einer Primärwicklung der Drossel ein ausgangsseitig der Gleichrichtanordnung auftretender Gleichrichterstrom zugeführt wird, wobei der Gleichrichterstrom gemessen und ein· Steuerstrom abhängig vom Gleichrichterstrom gebildet wird, und in einer mit der Primärwicklung magnetisch gekoppelten Sekundärwicklung der Drossel der Steuerstrom zugeführt wird, wobei mittels Steuerstrom der Gleichrichterstrom geregelt wird, um 9 F/Sf/44708

Netzrückwirkungen der Gleichrichterschaltung, insbesondere Netzrückwirkungen durch Oberschwingungen des Gleichrichterstroms, zu minimieren.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mittels Steuerstrom die Induktivitätseigenschaften der Primärwicklung geregelt werden, um magnetische Sättigung eines gemeinsamen Wicklungskerns der Primärwicklung und , der Sekundärwicklung zu vermeiden.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ausgangsseitig der Primärwicklung ein Ausgangsstrom vom Gleichrichterstrom der Primärwicklung abgezweigt wird, und der Ausgangsstrom dem gleichstromseitigen Ausgangsanschluss der Gleichrichterschaltung, vorzugweise einer weiteren elektronischen Schaltung und/oder einer Last, zugeführt wird.

Der Steuerstrom wird auf Basis des Gleichrichterstroms, welcher auch den Ausgangsstrom umfasst, geregelt. Es ist damit eine Regelung entsprechend der ausgangsseitigen Last oder einer weiteren elektronischen Schaltung ausgeführt, wobei der Ausgangsstrom von den Impedanzen oder Schaltvorgängen am Ausgangsanschluss abhängt. Der Ausgangsstrom fließt zur Netzseite zurück und beeinflusst diese mit eventuell negativen Netzrückwirkungen. Ebenso wird vom Ausgangsstrom die Stromform des Gleichrichterstroms beeinflusst.

Der Steuerstrom wird auf Basis des Gleichrichterstroms gebildet. Hierzu kann etwa eine Stromquelle zur Bildung eines gewünschten Stromverlaufs herangezogen werden. Mithilfe der magnetischen Kopplung zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung wird die Induktivitätseigenschaft des magnetischen Flusses geregelt, um magnetische Sättigung eines gemeinsamen Wicklungskerns der Primärwicklung und der Sekundärwicklung zu vermeiden.

Des Weiteren wird die Form des Gleichrichterstroms der Primärwicklung mit dem Steuerstrom geregelt. 10 'F/Sf/44708

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Induktivitätseigenschaften der Sekundärwicklung mittels magnetischer Kopplung zur Primärwicklung geregelt werden, wobei die Sekundärwicklung eine hohe Impedanz zur Verminderung eines Stromrippels am netzseitigen Anschluss der Gleichrichterschaltung zur Verfügung stellt. Die Induktivitätseigenschaften der Sekundärwicklung, also der magnetische Sekundärfluss, wird ebenso wie jener der Primärwicklung geregelt. Die vergleichsweise hohe Impedanz der Sekundärwicklung kann dazu genützt werden, den Stromrippel am netzseitigen Anschluss zu minimieren.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Steuerstrom mittels Multiplikation mit einer Übertragungsfunktion aus dem Gleichrichterstrom berechnet wird, wobei die Übertragungsfunktion von den Impedanzen der gesamten Gleichrichterschaltung abhängt.

Der Steuerstrom wird auf Basis des Gleichrichterstroms gebildet. Um eine Regelung zu erreichen, muss der Steuerstrom entsprechend einer Funktion, der Übertragungsfunktion, vom Gleichrichterstrom berechnet werden. Die Regelung wird über eine Regeleinrichtung realisiert, wobei dafür an sich bekannte Soft- und/oder Hardware vorgesehen ist. Die Übertragungsfunktion ist abhängig von der gesamten Impedanz der Gleichrichterschaltung, inklusive Induktivitäten und Kapazitäten.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Übertragungsfunktion eine gegenseitige Induktivität M zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung als Argument beinhaltet. Die gegenseitige Induktivität zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung ist mitunter entscheidend für einen stabilen Regelkreis sowie für die Transformationsvorgänge zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Regelung einer Drossel ist vorgesehen, dass die 11 'F/Sf/44708 Übertragungsfunktion die Induktivitätseigenschaften der Primärwicklung und Sekundärwicklung entsprechend des Steuerstroms und des Gleichrichterstroms in jener Weise berücksichtigt, dass Resonanz des durch die Gleichrichterschaltung gegebenen elektrischen Schwingkreises verhindert wird und die Gleichrichterschaltung stabil bleibt, insbesondere bei Anschluss einer Last mit der Lastimpedanz und/oder einer weiteren elektronischen Schaltung am gleichstromseitigen Ausgangsanschluss der Gleichrichterschaltung. Die Übertragungsfunktion stellt die Stabilität mit entsprechenden Parametern und unter Berücksichtigung der mathematischen Zusammenhänge sicher.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels der Übertragungsfunktion eine Kompensierung des magnetischen Primärflusses in der Primärwicklung erreicht wird, indem ein Sekundärfluss mittels des Steuerstroms in die Sekundärwicklung so eingebracht wird, dass der Primärfluss in der Primärwicklung in Abhängigkeit des Ausgangsstromes minimiert wird, um magnetische Sättigung eines gemeinsamen Kerns der Primärwicklung und der Sekundärwicklung zu vermeiden.

Die Übertragungsfunktion stellt die Minimierung des magnetischen Primärflusses in der Primärwicklung mit entsprechenden Parametern und unter Berücksichtigung der mathematischen Zusammenhänge für den magnetischen Fluss im gemeinsamen Kern der beiden Wicklungen sicher. Die Minimierung erfolgt dabei in Abhängigkeit des Ausgangsstroms, da dieser auch vom Gleichrichterstrom gebildet wird. Magnetische Sättigung des Kerns, vor allem in jenem Abschnitt des Kerns durch die Primärwicklung, wird dabei unterbunden und damit eine nichtlineare Induktivität der Primärwicklung vermieden. Insbesondere können auf diese Weise über die Primärwicklung hohe Ströme fließen, ohne dass es dabei zur magnetischen Sättigung des Kerns kommt. Die Drossel kann damit, mit geringeren Abmessungen dimensioniert werden, und Material sowie Platz in einer elektronischen Anordnung können eingespart werden. 12 ·· · · • * ......*F/Sf / 44 708

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Übertragungsfunktion die Stabilität des Regelkreises sicherstellt, wobei, die Übertragungsfunktion mit gewählten Pol- und- Nullstellen die Stabilitätskriterien des Regelkreises bestimmt. Die Stabilität des Regelkreises ist nur sichergestellt, wenn die Parameter der Übertragungsfunktion sowie deren mathematische Form entsprechend gewählt werden. Pole und Nullstellen des Regelkreises werden mit der Übertragungsfunktion mit an sich bekannten Mitteln bestimmt, um die Stabilität des Regelkreises, auch bei veränderlichem Ausgangsstrom und/oder veränderlicher Lastimpedanz, sicherzustellen.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung einer Drossel in einer Gleichrichterschaltung ist vorgesehen, dass ein wechselnder Steuerstrom der Sekundärwicklung zugeführt wird, wobei mittels magnetischer Kopplung ein wechselnder ^ Spannungsabfall an der Primärwicklung erzeugt wird, und der wechselnde Steuerstrom verstärkt auf die Primärwicklung übertragen wird. Durch das Transformationsverhältnis kann bereits eine betragsmäßig niedrige Komponente eines wechselnden Steuerstroms einen betragsmäßig höheren wechselnden Gleichrichterstrom wesentlich beeinflussen.

Des Weiteren ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass mittels wechselndem Steuerstrom und damit wechselndem Spannungsabfall an der Primärwicklung der zeitliche Verlauf des Gleichrichterstroms der Primärwicklung geformt wird, vorzugsweise als blockförmiger Verlauf der Stromamplituden des Gleichrichterstroms ohne Oberschwingungen, wobei zumindest ein THDi (Total Harmonie Distortion of currents) gemäß Norm-erreicht wird, und der THDi niedriger ist, als bei herkömmlichen Ausführungsformen von Gleichrichterschaltungen mit Drosseln gleicher Baugröße.

Mithilfe eines wechselnden Spannungsabfalls an der Primärwicklung bei Einprägen eines wechselnden Steuerstroms in die Sekundärwicklung wird, über den Zusammenhang Spannung zu 13 • # ?/Sf/44 7 08

Strom der Primärwicklung als Teil der Gleichrichterschaltung, die Stromform bzw. der Zeitverlauf des Gleichrichterstroms geregelt. Dies bringt den Vorteil, dass der Gleichrichterstrom durch die Regelung vorteilhaft geformt werden ' kann und Netzrückwirkungen, insbesondere Oberschwingungsanteile des Gleichrichterstroms, minimiert werden können. Besonders vorteilhaft wäre ein streng blockförmiger Verlauf der Stromamplituden des Gleichrichterstroms. Insbesondere ist aber jeder Stromverlauf vorteilhaft, der nur einen geringen Oberschwingungsanteil aufweist und damit das Netz nicht belastet. Mit dieser Ausführungsform der Regelung kann ein THDi erreicht werden, der geringer ist als bei herkömmlichen Ausführungsformen von Gleichrichterschaltungen mit Drosseln gleicher Baugröße.

Um einen wechselnden Steuerstrom bereitzustellen ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass der Verlauf und die Amplitude des wechselnden Steuerstroms mittels einer Anordnung von Schaltelementen, vorzugsweise IGBT-Halbleiter, geformt wird, vorzugsweise mit einer Anordnung als H-förmige Brückenschaltung, wobei ein Brückenstrom für die Brückenschaltung vom Gleichrichterstrom abgezweigt wirtd.

Vom Gleichrichterstrom wird Stromzweigen ein Brückenstrom abgezweigt. Die Gleichrichterström Brückenzweig also resultiert, aber in einem oder mehreren für die Brückenschaltung Brückenschaltung wird somit vom versorgt, wobei der Steuerstrom im ebenfalls aus dem Gleichrichterstrom durch entsprechende Ansteuerung der Schaltelemente der Steuerstrom, sowie auch die Komponenten des wechselnden Steuerstroms, gegenüber dem Gleichrichterstrom verändert werden kann. Die Steuerung der Schaltelemente zur Bereitstellung eines erwünschten Stromverlaufs des wechselnden Steuerstroms ist an sich bekannt. Insbesondere ist der Steuerstrom wegen des Transformationsverhältnisses zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung in seinem . Betrag wesentlich kleiner als der Gleichrichterstrom. Eine Pulsbreitenmodulation des Steuerstroms kann von der 14 • ·«·· P?Sf/44708

Brückenschaltung ausgeführt werden, um Stromrippel durch Schältvorgänge der Brückenschaltung zu vermindern.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen hierbei die

Fig. 1 eine herkömmliche Ausführungsform einer

Gleichrichterschaltung mit Gleichstromdrossel,

Fig. 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen

Gleichrichterschaltung mit Drossel,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung mit Drossel,

Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild einer

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Regelung einer Drossel in einer Gleichrichterschaltung,

Fig. 5 eine Ansicht einer Ausführungsform eines Regelkreises der erfindungsgemäßen Regelung einer Drossel,

Fig. 6 ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren

Fig. 7a den Verlauf eines Netzstromes einer Phase einer herkömmlichen Gleichrichterschaltung mit

Gleichstromdrossel im Vergleich zu einer erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung mit Drossel,

Fig. 7b den Verlauf einer Ausführungsform eines Steuerstroms der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung mit

Drossel, sowie .

Fig. 7c den Verlauf eines Gleichrichterstroms einer herkömmlichen Gleichrichterschaltung mit

Gleichstromdrossel im Vergleich zu einer erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung mit Drossel, 15 • ♦ t **·· f?Sf/44708

Fig. 8 den THDi-Verlauf einer herkömmlichen

Gleichrichterschaltung mit Gleichstromdrossel im Vergleich zu einer erfindungsgemäßen

Gleichrichterschaltung mit Drossel.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die Fig. 1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Gleichrichterschaltung mit Drossel 1 mit dreiphasiger Gleichrichtanordnung 2, und zwar einer

Brückengleichrichtanordnung. Die Gleichrichtanordnung 2 wird auf einer Netzseite 3 mit einer dreiphasigen sinusförmigen Spannungsquelle ui,u2,u3, entsprechend eines dreiphasigen netzseitigen Anschlusses 16, versorgt. Zur

Gleichrichtanordnung 2 fließt je Phase ein Netzstrom IN. Netzseitig sind bekannte Netzinduktivitäten Li, L2, L3 dargestellt. Die Gleichrichtanordnung 2 ist in bekannter Brückengleichrichtanordnung mit Dioden Di bis D6 ausgeführt. Am Ausgang der Gleichrichtanordnung 2 befindet sich die Gleichstromseite 4, wobei an der Gleichstromseite 4 zwei Ausgangsleitungen 5 der Gleichrichtanordnung 2 vorgesehen sind. An den Ausgangsleitungen 5 liegt eine gleichgerichtete Netzspannung Urec an. Einerseits ist die Drossel 1 mit einer Ausgangsleitung 5 verbunden und andererseits mit einem Ausgangsanschluss 6. Bei der Drossel 1 gemäß Figur 1 handelt es sich um eine sogenannte Gleichstromdrossel, entsprechend der Anordnung auf der Gleichstromseite 4, wobei die Drossel 1 eine Gleichstromdrossel-Induktivität Lqc aufweist.

Die Gleichrichterschaltung umfasst zwei Ausgangsanschlüsse 6, an welche vorzugsweise eine Last 7 angeschlossen wird. Die Last 7 weist eine Lastimpedanz ZL auf. Die Last 7 kann auch eine weitere elektronische Schaltung, etwa ein weiterer Stromumrichter, sein, wobei die erfindungsgemäße

Gleichrichterschaltung mit Drossel 1 dann als sogenannter Zwischenkreis verwendet wird. Parallel zu den beiden Ausgangsanschlüssen 6 ist, wie im Stand der Technik üblich, ein zusätzlicher Kondensator 10 angeordnet, wobei die Kapazität C bekannte Glättungs- und/oder Filterfunktionen 16 • » ·· f · « · #?Sf/44708 » ·«*· ausübt. Die benötigte Kapazität zwischen den .beiden Ausgangsanschlüssen 6 kann auch innerhalb- der Last 7 zur Verfügung gestellt sein.

Die Drossel 1 gemäß Figur 1 glättet gemeinsam mit dem Kondensator 10 einen Gleichrichterstrom Iqc, und zwar im Wesentlichen abhängig von der Gleichstromdrossel-Induktivität Ldc der Drossel 1. Vom Gleichrichterstrom IDC zweigt auch der Ausgangsstrom IA ab, wobei sowohl der Gleichrichterstrom IDC als auch der Ausgangsstrom IA zur Netzseite 3 zurückfließen und dadurch unerwünschte Netzrückwirkungen erzeugt werden.

Als weitere Ausführungsform für Drosseln 1 in Gleichrichterschaltungen ist es im Stand der Technik auch üblich, dass die Netzinduktivitäten Li mit bekannten Wechselstromdrosseln auf der Netzseite 3 in Serie zu den

Netzinduktivitäten Li erhöht werden.

Die Figur 2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung mit Drossel 1. Die Gleichrichterschaltung umfasst die Netzseite 3, die Gleichrichtanordnung 2 in Form einer Brückengleichrichtanordnung, sowie die Gleichstromseite 4. Die Drossel 1 umfasst eine Primärwicklung 8' sowie eine Sekundärwicklung 9. Die Primärwicklung 8 ist mit der Sekundärwicklung 9 mit einem gemeinsamen Wicklungskern mit Luftspalt mit einer gegenseitigen Induktivität M und mit einem Transformationsverhältnis T magnetisch gekoppelt. Die Sekundärwicklung 9 weist vorzugsweise eine höhere Windungszahl auf als die Primärwicklung 8.

Die Primärwicklung 8 ist einerseits mit der gleichstromseitigen Ausgangsleitung 5, sowie andererseits mit einem Ausgangsanschluss 6 der Gleichrichterschaltung verbunden. Zwischen den Verbindungen der Primärwicklung 8 mit der Ausgangsleitung 5 respektive dem Ausgangsanschluss 6 sind keine weiteren elektronischen Bauelemente angeordnet, sondern es ist gemäß dieser Ausführungsform lediglich eine leitende Verbindung vorgesehen. Durch die Primärwicklung 8 fließt im 17 ·« I^/Sf /44708

Betrieb der Gleichrichterstrom IDc· Die Sekundärwicklung 9 ist mit einer Regeleinrichtung 11 verbunden, wobei die Regeleinrichtung 11 einen Steuerstrom I2 in die Sekundärwicklung 9 einprägt. Dazu kann eine an sich bekannte Stromquelle, oder andere an sich bekannte Mittel zur Einbringung eines Stromes von der Regeleinrichtung 11 verwendet werden.

Der Steuerstrom I2 wird in Abhängigkeit des Gleichrichterstroms Idc von der Regeleinrichtung 11 zur Verfügung gestellt. Der Gleichrichterstrom IDC ist wiederum abhängig von einem Ausgangsstrom IÄ. Durch die magnetische Kopplung können mittels Steuerstrom I2 die Induktivitätseigenschaften der Primärwicklung 8, sowie der Gleichrichterstrom IDC geregelt werden. Die Induktivitätseigenschaften umfassen den magnetischen Fluss in der Primärwicklung 8, damit einhergehend auch die zu vermeidende magnetische Sättigung in der Primärwicklung 8.

Der magnetische Primärfluss Ψχ wird durch eine Gleichstromkomponente I2,Dc des Steuerstroms I2 geregelt, indem der vom Gleichrichterstrom IDC in der Primärwicklung 8 hervorgerufene Primärfluss Ψχ mit einem Sekundärfluss Ψ2 der Sekundärwicklung 9, hervorgerufen durch eine Gleichstromkomponenten I2,dc, im gemeinsamen Wicklungskern kompensiert wird. Durch die Flusskompensation wird eine magnetische Sättigung des Wicklungskerns vermieden. Des Weiteren wird der Gleichrichterstrom IDc dahingehend geregelt, dass eine Wechselstromkomponente des Steuerstroms I2, ein wechselnder Steuerstrom I2,Acr in die Sekundärwicklung 9 von der Regeleinrichtung 11 eingeprägt wird. Der Gleichrichterstrom IDC zeigt ohne Einprägen des wechselnden Steuerstroms I2,AC einen an sich bekannten Stromverlauf ·eines dreiphasigen Brückengleichrichters, nämlich ein Zeitverlauf mit kuppenförmigen Amplituden, wobei die Kuppen nicht ohne Oberschwingungsanteile verlaufen. Der nachteilige Zeitverlauf des Gleichrichterstroms IDC ist in Figur 7c strichliert dargestellt und wird in weiterer Folge näher beschrieben. 18 • · f?Sf/44 708

Diese Stromform ist nachteilig bezüglich Netzrückwirkungen, insbesondere durch das Auftreten von Oberschwingungen. Die Netzrückwirkungen sind gemäß eines Verlaufs des Netzstromes IN in Figur 7a strichliert dargestellt, wobei die Figur 7a in weiterer Folge näher beschrieben wird. Mit Einprägen des wechselnden Steuerstroms I2,ac in die Sekundärwicklung 9 wird ein wechselnder Spannungsabfall ϋχ an der Primärwicklung 8 erzeugt. Die Stromform des wechselnden Steuerstroms I2,ac wird dabei von der Regeleinrichtung 11 in jener Weise gewählt, dass ein wechselnder Spannungsabfall ϋχ, und damit auch ein im Stromverlauf veränderter Gleichrichterstrom Idc, resultiert. Die Veränderung der Stromform des Gleichrichterstroms IDc erfolgt mittels Regeleinrichtung 11 dahingehend, dass geringere Oberschwingungsanteile auf das Netz in Form des Netzstromes IN rückwirken.

In Figur 3 ist eine weitere, bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung mit Drossel 1 dargestellt. Die Figur 3 zeigt im Unterschied zur Figur 2 zusätzlich ausgangsseitig der Primärwicklung 8 leitend verbundene Stromzweige 15. Die Stromzweige 15 sind an der Verbindung von Ausgangsanschluss 6 und Primärwicklung 8 abzweigend vorgesehen, und verlaufen vorzugsweise parallel zu den beiden Ausgangsanschlüssen 6. An den Stromzweigen 15 sind vier IGBTs als Schaltelemente 19 in einer Brückenschaltung 17 angeordnet, und zwar an jedem Stromzweig 15 zwei IGBTs in Serie, wobei zwischen den beiden parallelen Stromzweigen 15 im Brückenzweig 18 die Sekundärwicklung 9 vorgesehen ist.

Die Schaltelemente 19 in Brückenschaltung 17 umfassen gemäß der bevorzugten Ausführungsform in Figur 3 die Regeleinrichtung 11 gemäß Figur 2. Mithilfe entsprechender, an sich bekannter Steuerung der Brückenschaltung 17 kann der Steuerstrom I2, sowohl die Gleichstromkomponente I2,dc als auch der wechselnde Steuerstrom I2(ac, in die Sekundärwicklung 9 eingeprägt werden. Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass für die Brückenschaltung 17 vier IGBTs verwendet werden. Jegliche steuerbare Anordnung von Schaltern in einem Stromzweig 15 kann dieselbe Funktion erfüllen, wobei • Φ * • · *

19 V Φ EVsf/44708 vorzugsweise IGBTs aufgrund ihrer Belastbarkeit mit hohen Stromstärken und zeitlich schnell steuerbaren Schaltvorgängen verwendet werden.

Mit der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung mit Drossel 1 nach Figur 3 wird ein THDi unter 48% sichergestellt. Des Weiteren wird die Stabilität der Ausgangsspannung UDC der Gleichrichterschaltung sowie- der THDi, im Gegensatz zur Ausführung mit herkömmlicher Gleichstromdrossel, lastunabhängiger.

Die Drossel 1 in der Gleichrichterschaltung muss zur Sicherstellung ihrer Funktion in der Gleichrichterschaltung geregelt werden. Die Regelung kann mit einer Regeleinrichtung 11 ausgeführt werden, wobei die zur Ausführung eines Regelkreises benötigte Bard- und/oder Software aus dem Stand der Technik bekannt ist und nicht dargestellt ist.

Die Figur 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Regelung einer Drossel 1 in einer Gleichrichterschaltung. Von einem netzseitigen Anschluss 16 der Gleichrichterschaltung wird der Netzstrom IN von einer Gleichrichtanordnung 2 gleichgerichtet. Dies erfolgt vorzugsweise durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Brückenanordnung von Dioden Di bis D6, Der Gleichrichterström IDC wird einer Primärwicklung 8 der Drossel zugeführt und fließt durch diese. Der Gleichrichterstrom IDc sowie dessen zeitlicher Verlauf werden mit einer Strommessung A gemessen. Der Gleichrichterstrom IDC wird in weiterer Folge einem Ausgangsanschluss 6 zugeführt, wobei vom Gleichrichterstrom Idc in herkömmlicher Weise ein. Kondensatorstrom Ic abgezweigt wird. Ein Kondensator 10 ist in herkömmlicher Weise parallel zur Last 7 vorgesehen, wie dies in den Figuren 1, 3 und 4 dargestellt ist. Der Gleichrichterstrom IDC bildet gemäß Fig. 4 die Quelle für einen Ausgangsstrom IDC und einem Kondensatorstrom Ic.

Der Gleichrichterstrom IK wird mit der Strommessung A gemessen. Das Messergebnis des Gleichrichterstroms IDC wird mit 20 • * « » ??Sf/44708 • «··* einer Übertragungsfunktion Fi multipliziert und daraus ein Steuerstrom 2 berechnet. Der berechnete Steuerstrom I2 wird vorzugsweise von einer an sich bekannten Stromquelle ' zur Verfügung gestellt. Der derart zur Verfügung gestellte Steuerstrom 12 fließt durch die Windungen der Sekundärwicklung 9. Der dadurch erzeugte magnetische Sekundärfluss Ψ2 ist über die gegenseitige Induktivität M und mit einem Transformationsverhältnis T mit der Primärwicklung 8 magnetisch gekoppelt. Der Steuerstrom I2 beeinflusst also den Gleichrichterstrom IDC und auch den Primär fluss Ψχ. Die Verknüpfung ergibt sich aus den bekannten

Transformatorgleichungen.

Die Übertragungsfunktion Fi soll zusammengefasst folgende Kriterien erfüllen: - Die Stabilität der Gleichrichterschaltung soll sichergestellt werden, und zwar sowohl die Stabilität des RLC-Schwingkreises als auch die Stabilität des Regelkreises. - Der magnetische Primärfluss Ψι soll abhängig vom Ausgangsstrora IA möglichst gegen Null geregelt werden, - Zwischen der gleichgerichteten Netzspannung Urec und dem Gleichrichterstrom IDC soll ausreichend Impedanz Z sichergestellt sein, um die Glättung des Gleichrichterstroms Idc durch die Gleichrichterschaltung zu erreichen.

Die Fig. 5 zeigt eine Ansicht eines Regelkreises zur Regelung der Drossel 1, wobei das Blockschaltbild des Regelkreises von einer Schaltung gemäß Fig. 2 hergeleitet ist, und zur Vereinfachung die Abkürzungen p — syfLC (s beschreibt den Laplace Operator) und eine Impedanz Z = ^jl/C verwendet wurden. Das Transformationsverhältnis T wurde zur einfacheren Beschreibung T=1 gewählt, womit Li=L2=L wird und mit angenommener idealer Kopplung zwischen den Wicklungen die gegenseitige Induktivität M=Li=L2 ist. Des Weiteren wurde der Gleichrichterstrom Idc zunächst für die Darstellung gemäß Figur 5 als ideal geglättet 21 f?Sf/44708 mit einem zeitlich konstanten Gleichrichterstrom IDC angenommen, sodass der Gleichrichterstrom IDC nur eine Gleichrichterstrom-Gleichstromkomponente I1)0C umfasst und keine wechselnde Gleichrichterstromkomponente Ii,Ac-

Eine Gleichrichterspannung Urec ' parallel zur

Gleichrichtanordnung 2, an den Ausgangsleitungen 5, ist gleichstromseitig der Gleichrichterschaltung zugeführt. An die Gleichrichtspannung UEec, verknüpft mit der Impedanz Z der Gleichrichterschaltung zu einem Strom, wird ein Kondensatorstrom Ic zu einem ersten Subtrahierer 13 rückgeführt. Der Kondensatorstrom Ic ist abhängig von der Abzweigung des Ausgangsstroms IA vom Gleichrichterstrom IDC in einem zweiten Subtrahierer 14. Der im ersten Subtrahierer 13 berechnete Strom wird der Primärwicklung 8 zugeführt, wobei sich ein Strom Ψι/L in der Primärwicklung einstellt. Ein Gleichrichterstrom Idc wird durch die Regelung mit einem Steuerstrom I2 im Addierer 12, also der Drossel 1 mit der Kopplung zwischen Primärwicklung 8 und Sekundärwicklung 9, geregelt.

Der Steuerstrom I2 wird durch Multiplikation des Gleichrichterstroms IDC mit einer Übertragungsfunktion Fi gebildet. Um die Stabilität des Regelkreises sicherzustellen sind zusätzliche Konstanten notwendig, wobei dabei die erforderlichen Pol- und Nullstellen für die Stabilität des Regelkreises sichergestellt werden. die und

K

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wurde Übertragungsfunktion Fi mit einem Verstärkungsfaktor einer Konstante a mit

Fi(p)

ff-l K ap+1 ap+1 (1) ausgeführt. Durch Wahl des Verstärkungsfaktors K sowie einer Konstanten a kann demnach der Primärfluss Ψι abhängig vom Ausgangsstrom IA geregelt werden. Die Abmessungen der Drossel 1 können damit reduziert werden, da durch Kompensierung des Flusses die Drossel 1 nicht für die Größe der ·· ·*· ··· ··· ···» #· 22 F/Sf/44708

Gleichstromkomponente des Gleichrichterstroms Iqc, abhängig vom Ausgangsstrom IA, ausgelegt werden muss. Des Weiteren kann eine ausreichende Impedanz Z der Gleichrichterschaltung sichergestellt werden. Die Stabilität des Regelkreises ist unabhängig von den Werten der Induktivität L und der Kapazität C.

Die Fig. 6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Regelung einer Drossel in einer Gleichrichterschaltung. Der Steuerstrom I2 wird gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform von einer Übertragungsfunktion Fi berechnet, sowie von einer Brückenschaltung 17 gebildet. Gemäß der Ausführungsform nach Figur 6 wird der Steuerstrom I2 mit der zusätzlichen Komponente des wechselnden Steuerstroms I2,ac beaufschlagt. Der wechselnde Steuerstrom I2,ac kann auch in einer Regeleinrichtung 11 gemäß der Schaltung in Fig. 2 eingeprägt werden, oder er wird von der Brückenschaltung 17 eingeprägt, wobei die Brückenschaltung 17 von einer Regeleinrichtung 11 geregelt wird. In der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 6 wird der wechselnde Steuerstrom l2,Äc durch eine Brückenschaltung 17 gemäß der Fig. 3 eingeprägt, wobei für die Steuerung der Schaltelemente 19 eine Regeleinrichtung 11 vorgesehen ist. Zusätzlich zur Einspeisung eines wechselnden Steuerstroms I2,ac ist die Brückenschaltung 17 vorgesehen, um eine an sich bekannte Pulsbreitenmodulation auszuführen. Die Brückenschaltung 17 wird von einem Brückenstrom IB aus dem Gleichrichterstrom IDc versorgt, um aus diesem mit entsprechenden aus dem Stand der Technik bekannten Schaltvorgängen der Schaltelemente 19 einen Steuerstrom I2 zu generieren, wobei die zusätzliche Messung des Gleichrichterstroms IDc für die Regelung erforderlich ist.

Ein wechselnder Steuerstrom I2,ac verursacht auf der Primärwicklung 8 einen wechselnden Spannungsabfall ϋχ. Der Spannungsabfall ϋχ an der Primärwicklung kann nach einer Schaltung nach Figur 3 oder Figur 4 und einer Nennspannung ÜN als Effektivwert der Spannungsquellen ui beschrieben werden. 23 • « ♦ · F7sf/44708

Der Steuerstrom I2, insbesondere die Komponente des wechselnden Steuerstroms I2rACf kann also herangezogen werden um die Stromform des Gleichrichterstroms Idc zu formen* Der Stromverlauf des Gleichrichterstroms IDC soll möglichst blockförmig mit geringem Oberschwingungsanteil geregelt werden, um Netzrückwirkungen zu vermeiden. Dadurch ist es möglich, mit der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren ein THDi kleiner 48% zu erreichen. Durch die zusätzliche Sekundärwicklung 9 und Einprägung eines wechselnden Steuerstroms I2rAC kann ein besserer THDi erreicht werden, als bei an sich bekannten Ausführungsformen von Gleichrichterschaltungen mit

Gleichstromdrossel.

Die schematische Darstellung einer Regelung gemäß Figur 6 umfasst ebenfalls eine Regelung entsprechend des Regelkreises in Fig. 5, wobei die Übertragungsfunktion Fi mit zusätzlichem Einprägen eines wechselnden Steuerstroms und nichtidealer Kopplung (die gegenseitige Induktivität M ist damit ungleich der Induktivitäten Li und L2) ausgeführt ist.

Die folgenden Einstellungen der Parameter der Übertragungsfunktion Fi zeigen gemäß dieser Ausführungsform ein ausreichend glättendes Verhalten und einen realistisch gering geregelten Primärfluss Ψι in der Primärwicklung 8:

Verstärkungsfaktor K=0.75

Konstante 3.-2.1

Das Glättungsverhalten der Impedanz Z ist erforderlich, um eine Dämpfung des Gleichrichterstromes IDc gegenüber der gleichgerichteten Netzspannung Urec zu erhalten, also um die Halbwellen der gleichgerichteten Netzspannung zu einer Gleichrichterspannung UDC abzuglätten. Diese Funktion des Abglättens erfüllt auch eine aus dem Stand der Technik bekannte Gleichstromdrossel bzw. deren Impedanz Z, wobei die Gleichstromdrossel nur mit einer Gleichstrominduktivität Ldc wirkt, und eine weitere Regelung nicht möglich ist. 24 F/Sf/44708

Die Figur 7a zeigt den Verlauf eines Netzstromes IN einer von drei Phasen einer Gleichrichterschaltung mit Drossel. Die strichlierte Kurve zeigt den an sich bekannten Verlauf einer Gleichrichterschaltung mit Gleichstromdrossel, wobei die durchgezogene Kurve den Verlauf des Netzstromes IN bei einer erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung mit Drossel 1 zeigt. Der Netzstrom IB zeigt im Vergleich zur herkömmlichen Gleichrichterschaltung mit Gleichstromdrossel einen verbesserten Verlauf mit geringerem Oberschwingungsgehalt. Damit wird der Oberschwingungsanteil, insbesondere durch höhere Harmonische der Netzfrequenz, verringert.

Die Figur 7b zeigt einen, zur Figur 7a zeitlich korrespondierenden Verlauf eines Steuerstroms I2 der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung mit Drossel 1, um einen Verlauf des Netzstromes IN gemäß der durchgezogenen Kurve in Figur 7a zu erreichen. Der Steuerstrom I2 weist eine Gleichstromkomponente I2,dc sowie einen wechselnden Steuerstrom l2,Acauf. Der in Figur 7b dargestellte Verlauf des Steuerstroms 12 zeigt, dass aufgrund des Transformationsverhältnisses T ein im Betrag wesentlich geringerer Steuerstrom I2 benötigt wird, um einen betragsmäßig höheren Netzstrom IN gemäß Figur 7a zu beeinflussen.

Die Figur 7c zeigt einen zu den Figuren 7a und 7b zeitlich korrespondierenden Verlauf eines Gleichrichterstroms IDc einer an sich bekannten Gleichrichterschaltung mit Gleichstromdrossel im Vergleich zu einer erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung mit Drossel 1. Die strichlierte Kurve zeigt den an sich bekannten Verlauf des Gleichrichterstroms Idc einer Gleichrichterschaltung mit Gleichstromdrossel, wobei' die durchgezogene Kurve den Verlauf des Gleichrichterstroms Idc hei einer erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung mit Drossel 1 zeigt. Der Gleichrichterstrom IDC zeigt gemäß der Ausführungsform in Figur 7c Amplituden mit sinusförmigen Hügeln. Der Stromverlauf des Gleichrichterstroms IDc wirkt auf das Netz als Netzstrom IK zurück, wobei dabei innerhalb einer Periode drei Phasen des Netzstromes IH zu rein positiven, 25 F/Sf/44708 sinusförmigen Hügeln als Gleichrichterstrom tdc gleichgerichtet werden.

Der in Figur 7a, in Figur 7b und in Figur 8 dargestellte Verlauf zeigt Amplituden in Ampere über die Zeit, wobei es sich bei der dargestellten Ausführung um eine Gleichrichterschaltung mit einer Leistung PDC von 160kW handelt.

In den Figuren 7b und 7 c ist ersichtlich, dass der Kurvenverlauf teilweise verbreitert ist. Diese Verbreiterung der Kurven ergibt sich aus einem Stromrippel, der aus den Schaltvorgängen in der Brückenschaltung 17 resultiert. Dieser Stromrippel Irip soll vorzugsweise nicht auf den Netzstrom IN rückwirken, wobei dazu ein Kondensator 10 in der Gleichrichterschaltung vorgesehen ist, und eine möglichst hohe Induktivität von der Gleichrichterschaltung gegenüber dem Netz, mithilfe der Sekundärinduktivität L2, zur Verfügung gestellt werden soll.

Die Amplitude des Stromrippels Irip in Abhängigkeit des Steuerstroms I2 und in Abhängigkeit der Leistung Pdc=Udc*Idc der Gleichrichterschaltung ergibt sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß einer Schaltung nach Fig. 4 sowie einer Regelung nach Fig. 6 zu:

Irip _ 3088534.9 h,AC+I2,DC (.L2pDC+121009)f s wobei fs eine Schaltfrequenz eines Zweiges der H-förmigen Brückenschaltung 17 angibt. Eine Nennspannung UN=480V+10%, eine Nennfrequenz fN=60Hz+5%, .ein Kopplungsfaktor k=0.95 und ein Verhältnis der ' Windungszahlen von Sekundärwicklung 9 zu

Primärwicklung 8 von 10 wurden gewählt. Wie in obiger Gleichung zu sehen ist, hängt der Stromrippel Irip immer noch von der Sekundärinduktivität L2 ab. Die Brückenschaltung 17 verbindet die Gleichrichterschaltung mit der

Sekundärinduktivität L2 und stellt diese damit der

Gleichrichterschaltung zur Verfügung, wobei diese eine gegenüber der Primärwicklung 9 vergleichsweise hohe 26 F/Sf/44 708

Induktivität bereitstellt. Mit einer Leistung von PDC=160kW, einer Primärinduktivität Li-ΊβΟμΗ, einer Sekundärinduktivität ΐ2"Ί6ιηΗ und einem Stromrippel von 20% zum Steuerstrom I2 beträgt die notwendige Schaltfrequenz fs ungefähr 4kHz:

Die Figur 8 zeigt den THDi-Verl-auf einer herkömmlichen Gleichrichterschaltung mit Gleichstromdrossel im Vergleich zu einer erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung mit Drossel 1. Die obere strichlierte Kurve stellt einen Verlauf der THDi Abhängigkeit eines Kurzschlusstromes Isc der Gleichrichterschaltung dar. Der Kurzschlusstrom Isc ergibt sich, wenn die beiden Ausgangsanschlüsse 6 kurzgeschlossen werden, also keine Leistung an der Last verbraucht wird. Der Kurzschlussstrom ISc gilt als Kenngröße für die Steifigkeit des Netzes.

Zu den Kurven der Figur 8 wurden für eine Gleichrichterschaltung mit Gleichstromdrossel und für die erfindungsgemäße Gleichrichterschaltung mit Drossel 1 die gleichen geometrischen Drosselgrößen verwendet, um auch die Kosten der beiden Drosseln vergleichbar zu halten. Es ist ersichtlich, dass sich bei einer bekannten Gleichrichterschaltung mit Gleichrichterdrossel mit zunehmenden Kurzschlusstrom Isc. ein höherer THDi . ergibt (strichlierte Kurve), wohingegen sich bei einer erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung mit Drossel 1 ein annähernd konstanter THDi bei steigendem Kurzschlussstrom ergibt.

Es ist damit ersichtlich, dass eine Gleichrichterschaltung mit Drossel 1 sowie ein Verfahren zur Regelung einer Drossel 1 in jener Weise ausgeführt wurde, dass die negativen Netzrückwirkungen, insbesondere der Oberschwingungsgehalt, im Vergleich zu herkömmlichen Gleichrichterschaltungen mit Gleichstromdrosseln minimiert werden, eine magnetische Sättigung der Drossel 1 vermieden wird, die Stabilität der Ausgangsspannung UDC sichergestellt ist und kleinere geometrische Abmessungen der Drossel 1 möglich sind. » » 27 • · • * » · F/Sf /44708

Bezugszeichenliste: 1 Drossel 2 Gleichrichtanordnung 3 Wetzseite 4 Gleichstromseite 5 Ausgangsleitung 6 Ausgangsanschluss 7 Last 8 Primärwicklung 9 Sekundärwicklung 10 Kondensator 11 Regeleinrichtung 12 Addierer 13 erster Subtrahierer 14 zweiter Subtrahierer 15 Stromzweig 16 netzseitiger Anschluss 17 Brückenschaltung 18 Brückenzweig 19 Schaltelement A Strommessung α Phasenwinkel C Kapazität

Di Diode f0 Resonanzfequenz

Fi Übertragungsfunktion Ψι Primärfluss Ψ2 Sekundärfluss IA Ausgangsstrom IB Brückenstrom

Ic Kondensatorstrom I2 Steuerstrom I2,dc Gleichstromkomponente T-21äc wechselnder Steuerstrom IDC Gleichrichterstrom

Ii,dc Gleichricht er st rom-Gleichstromkomponente 28 F/Sf/44 7 08 li,ac wechselnde Gleichrichterstromkomponente IN Netzstrom

Isc Kurzschlusstrom T Transformationsverhältnis K Verstärkungsfaktor

Li Primärinduktivität L2 Sekundärinduktivität

Li Netzinduktivität

Ldc Gleichstromdrossel-Induktivität M gegenseitige Induktivität a Konstante

Ui Spannungsabfall ui Spannungsquelle UDC Ausgangsspannung

Urec gleichgerichtete Netzspannung UN Nennspannung ZL Lastimpedanz Z Impedanz

Claims

• · • · · « • · • · · « 29 F/Sf/44708 Patentansprüche: 1. Gleichrichterschaltung mit Drossel (1), wobei die Gleichrichterschaltung eine Gleichrichtanordnung (2) mit Dioden (Di) umfasst, vorzugsweise eine dreiphasige Brückengleichrichtanordnung, und die Drossel (1) einerseits mit einer gleichstromseitigen Ausgangsleitung (5) der Gleichrichtanordnung (2) verbunden ist, sowie andererseits mit einem gleichstromseitigen Ausgangsanschluss (6) der Gleichrichterschaltung, an welchem vorzugsweise eine Last (7) und/oder eine weitere elektronische Schaltung vorgesehen ist, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (1) neben einer Primärwicklung (8) zumindest eine weitere Wicklung als Sekundärwicklung (9) umfasst, wobei Primärwicklung (8) und Sekundärwicklung (9) miteinander magnetisch gekoppelt sind, und die Primärwicklung (8) einerseits mit der gleichstromseitigen Ausgangsleitung (5) der Gleichrichtanordnung (2) verbunden ist, sowie andererseits mit einem Ausgangsanschluss (6) der Gleichrichterschaltung verbunden ist, und mit der Sekundärwicklung (9) eine Regeleinrichtung (11) zur Regelung des Gleichrichterstroms (IDc) der Primärwicklung (8) mittels eines, von der Regeleinrichtung (11) in die Sekundärwicklung (9) eingeprägten Steuerstroms (I2), verbunden ist.
2. Gleichrichterschaltung mit Drossel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (11) zur Regelung der Induktivitätseigenschaften der Primärwicklung (8) mittels dem, von der Regeleinrichtung (11) in die Sekundärwicklung (9) eingeprägten Steuerstrom (I2) , mit der Sekundärwicklung (9) verbunden ist.
3. Gleichrichterschaltung mit Drossel (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (11) zur Regelung der Stromform des Gleichrichterstroms (IDc) mittels eines, von der Regeleinrichtung (11) in die Sekundärwicklung (9) «Μ 30 F/Sf/44708 eingeprägten wechselndem Steuerstroms (I2,ac) , mit der Sekundärwicklung (9) verbunden ist.
4. Gleichrichterschaltung mit Drossel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Primärwicklung (8) und’ Sekundärwicklung (9) mit einem gemeinsamen Wicklungskern, vorzugsweise ein Wicklungskern mit Luftspalt, magnetisch gekoppelt sind.
5. Gleichrichterschaltung mit Drossel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklung (8) zur Sekundärwicklung (9} eine unterschiedliche Wicklungszahl aufweist, wobei die Primärwicklung (8) vorzugsweise eine geringere Wicklungszahl aufweist als die Sekundärwicklung (9).
6. Gleichrichterschaltung mit Drossel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (11) zumindest ein Schaltelement (19) umfasst, das parallel zur Gleichrichtanordnung (2) geschaltet ist, und das einerseits mit der Primärwicklung (8) und andererseits mit der Sekundärwicklung (9) der Drossel (1) verbunden ist.
7. Gleichrichterschaltung mit Drossel (1) nach Anspruch- 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schaltelemente (19) vorgesehen sind, die in H-förmiger Brückenschaltung (17) ausgeführt sind, wobei die Sekundärwicklung (9) der Drossel (1) im Brückenzweig (18) der H-förmigen Brückenschaltung (17) angeordnet ist.
8. Gleichrichterschaltung mit Drossel (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (19) als Leistungshalbleiter ausgeführt ist, vorzugsweise als IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor).
9. Gleichrichterschaltung mit Drossel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass parallel 31 F/Sf/44708 zur Gleichrichtanordnung (2) und/oder parallel zu den Ausgangsanschlüssen (6) der Gleichrichterschaltung zumindest ein Kondensator (10) mit der Kapazität C geschaltet ist.
10. Gleichrichterschaltung mit Drossel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklung (9) als Bauteil mit hoher.Impedanz mit der Gleichrichtanordnung (2) verbunden ist.
11. Verfahren zur Regelung einer Drossel (1) in einer Gleichrichterschaltung mit einem netzseitigen Anschluss (16) und einem gleichstromseitigen Ausgangsanschluss (6), vorzugsweise eine Gleichrichterschaltung mit einer dreiphasigen Gleichrichtanordnung (2) von Dioden, dadurch gekennzeichnet, dass einer Primärwicklung (8) der Drossel (1) ein ausgangsseitig der Gleichrichtanordnung (2) auftretender Gleichrichterstrom (IDc) zugeführt wird, wobei der Gleichrichterstrom (IDc) gemessen und ein Steuerstrom (I2) abhängig vom Gleichrichterstrom (IDc) gebildet wird, und in einer mit der Primärwicklung (8) magnetisch gekoppelten Sekundärwicklung (9) der Drossel (1) der Steuerstrom (I2) zugeführt wird, wobei mittels Steuerstrom (I2) der Gleichrichterstrom (Idc) geregelt wird, um Netzrückwirkungen der Gleichrichterschaltung, insbesondere Netzrückwirkungen durch Oberschwingungen des Gleichrichterstroms (IDc), zu minimieren.
12. Verfahren zur Regelung einer Drossel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Steuerstrom (I2) die Induktivitätseigenschaften der Primärwicklung (8) geregelt werden, um magnetische Sättigung eines gemeinsamen Wicklungskerns der Primärwicklung (8) und der Sekundärwicklung (9) zu vermeiden.
13. Verfahren zur Regelung einer Drossel (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ausgangsseitig der Primärwicklung (8) ein Ausgangsström 32 F/Sf/44708 (IA) vom .Gleichrichterstrom (IDc) der Primärwicklung (8) abgezweigt wird, und der Ausgangsstrom (IA) dem gleichstromseitigen Ausgangsanschluss (6) der Gleichrichterschaltung, vorzugweise einer weiteren elektronischen Schaltung und/oder einer Last (7), zugeführt wird.
14. Verfahren zur Regelung einer Drossel (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivitätseigenschaften der Sekundärwicklung (9) mittels magnetischer Kopplung zur Primärwicklung (8) geregelt werden, wobei die Sekundärwicklung (9) eine hohe Impedanz zur Verminderung eines Stromrippels am netzseitigen Anschluss (16) der Gleichrichterschaltung zur Verfügung stellt.
15. Verfahren zur Regelung einer Drossel (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerstrom (I2) mittels Multiplikation mit einer Übertragungsfunktion (Fi) aus dem Gleichrichterstrom (Idc) berechnet wird, wobei die Übertragungsfunktion (Fi) von den Impedanzen (L,C) der gesamten Gleichrichterschaltung abhängt.
16. Verfahren zur Regelung einer Drossel (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfunktion (Fi) eine gegenseitige Induktivität (M) zwischen Primärwicklung (8) und Sekundärwicklung (9) als Argument beinhaltet.
17. Verfahren zur Regelung einer Drossel (1) nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfunktion (Fi) die Induktivitätseigenschaften der Primärwicklung (8) und Sekundärwicklung (9) entsprechend des Steuerstroms (I2) und des Gleichrichterstroms (Idc) in jener Weise berücksichtigt, dass Resonanz des durch die Gleichrichterschaltung gegebenen elektrischen Schwingkreises verhindert wird und die Gleichrichterschaltung stabil bleibt, insbesondere bei • * * φ · · · · · * · · • · · · * · * · * * · · # · » I » » · • · « · · * 4 · 33 " ............F/Sf/44708 Anschluss einer Last (7) mit der Lastimpedanz (ZL) und/oder einer weiteren elektronischen Schaltung am gleichstromseitigen Ausgangsanschluss (6) der Gleichrichterschaltung.
18. Verfahren zur Regelung einer Drossel (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Übertragungsfunktion (Fi) ' eine Kompensierung ' des magnetischen Prirhärflusses (Ψι) in der Primärwicklung (8) erreicht wird,' indem ein Sekundärfluss (Ψ2) mittels des Steuerstroms (I2) in die Sekundärwicklung (9) so eingebracht wird, dass der Primärfluss (Ψι) in der Primärwicklung (8) in Abhängigkeit des Ausgangsstromes {IA) minimiert wird, um magnetische Sättigung eines gemeinsamen Kerns der Primärwicklung (8) und der Sekundärwicklung (9) zu vermeiden.
19. Verfahren zur Regelung einer Drossel (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfunktion (Fi) Stabilität des Regelkreises sicherstellt, wobei die Übertragungsfunktion (Fi) mit gewählten Pol- und Nullstellen die Stabilitätskriterien des Regelkreises bestimmt.
20. Verfahren zur Regelung einer Drossel (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein wechselnder Steuerstrom (I2,ac) der Sekundärwicklung (9) zugeführt wird, wobei mittels magnetischer Kopplung ein wechselnder Spannungsabfall (Ui) an der Primärwicklung (8) erzeugt wird, und der wechselnde Steuerstrom (I2,ac) verstärkt auf die Primärwicklung (8) übertragen wird.
21. Verfahren zur Regelung einer Drossel (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass mittels wechselndem Steuerstrom (I2,ac) und damit wechselndem Spannungsabfall (Ui) an der Primärwicklung (8) der zeitliche Verlauf des Gleichrichterstroms (Idc) der Primärwicklung (8) geformt wird, vorzugsweise als blockförmiger Verlauf der 34

F/Sf/44708 Stromamplituden des Gleichrichterstroms (IDC) ohne OberSchwingungen, wobei zumindest ein THDi (Total Harmonie Distortion of currents) gemäß Norm erreicht wird, und der THDi niedriger ist, als bei herkömmlichen Ausführungsformen von Gleichrichterschaltungen mit Drosseln gleicher Baugröße.
22. Verfahren zur Regelung einer Drossel (1) nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf und die Amplitude des wechselnden Steuerstroms (I2,ac) mittels einer Anordnung von Schaltelementen (19), vorzugsweise IGBT-Halbleiter, geformt wird, vorzugsweise mit einer Anordnung als H-förmige Brückenschaltung (17), wobei ein Brückenstrom (IB) für die Brückenschaltung (17) vom Gleichrichterstrom (IDC) abgezweigt wird.