CH714079A2 - Method and converter for potential-free electrical energy transmission. - Google Patents

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CH714079A2 CH01053/17A CH10532017A CH714079A2 CH 714079 A2 CH714079 A2 CH 714079A2 CH 01053/17 A CH01053/17 A CH 01053/17A CH 10532017 A CH10532017 A CH 10532017A CH 714079 A2 CH714079 A2 CH 714079A2
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Abstract

Mit einem erfindungsgemässen Verfahren und/oder einem Konverter zur potentialfreien elektrischen Energieübertragung zwischen einem primärseitigen Wechselspannungssystem (u a , u b , u c ) mit einer Netzfrequenz und einem sekundärseitigen Gleichspannungssystem (u dc ) werden von den Brückenzweigen einer primärseitigen Brückenschaltung (4) erzeugte parasitäre schaltfrequente Spannungsanteile, d.h. ein schaltfrequentes Gegentaktspannungssystem und/oder ein schaltfrequentes Gleichtaktspannungssystem, für die potentialfreie Energieübertragung von der Primärseite (2, 3, 4, 5) auf die Sekundärseite (6, 7, 8) verwendet. Dabei kann der Leistungstransfer zwischen Primär- und Sekundärseite (6, 7, 8) ähnlich einer Dual Active Bridge durch entsprechende Phasenverschiebung der schaltfrequenten Taktung beider Seiten eingestellt werden.With a method according to the invention and / or a converter for potential-free electrical energy transmission between a primary-side AC voltage system (ua, ub, uc) with a mains frequency and a secondary-side DC voltage system (u dc) parasitic switching-frequency voltage components generated by the bridge branches of a primary-side bridge circuit (4), ie a switching frequency push-pull voltage system and / or a switching frequency common-mode voltage system, for the potential-free energy transfer from the primary side (2, 3, 4, 5) to the secondary side (6, 7, 8) used. In this case, the power transfer between primary and secondary side (6, 7, 8) similar to a dual active bridge can be adjusted by appropriate phase shift of the switching frequency clocking of both sides.

Description

Beschreibung [0001] Für die Schnellladung der Batterien von Elektrofahrzeugen werden derzeit typischerweise zweistufige Konvertersysteme, d.h. ein netzseitiges Dreiphasenpulsgleichrichtersystem mit geregelter Ausgangsspannung und ein nachgeschalteter, aus der durch das Dreiphasenpulsgleichrichtersystem erzeugten Spannung - auch als Zwischenkreisspannung bezeichnet - gespeister potentialgetrennter DC/DC-Konverter eingesetzt. Die Pulsgleichrichterstufe weist dabei i.A. Hochsetzstellercharakteristik auf, d.h. die Netzphasenspannungen werden an drei Vorschaltinduktivitäten geführt, und deren jeweils zweiten Anschlüsse an die Eingänge von Phasenbrückenzweigen gelegt, welche zwischen einer positiven und einer negativen Zwischenkreisspannungsschiene angeordnet sind und insgesamt eine selbstgeführte Dreiphasenbrückenschaltung bilden. Ein Phasenbrückenzweig wird dabei in einfachsten Fall mit Zweilevelcharakteristik, d.h. durch eine Serienschaltung von zwei elektronischen Schaltern, beispielsweise Transistoren mit antiparallelen Freilaufdioden gebildet, wobei der Schaltungspunkt zwischen den beiden Schaltern respektive den Transistoren den Brückenzweigeingang darstellt. Um einen Kurzschluss der Zwischenkreisspannung zu vermeiden wird jeweils nur einer der beiden Transistoren durchgeschaltet, sodass letztlich funktionsgleich mit einem Umschalter die Möglichkeit der Verbindung des Eingangs mit der positiven oder der negativen Zwischenkreisspannungsschiene gegeben ist, d.h. bezogen auf einen gedachten Mittelpunkt der Zwischenkreisspannung eine positive oder eine negative Spannung an den Brückenzweigeingang geschaltet werden kann (Zweilevelcharakteristik). Die einzelnen Schalter und damit die als Umschalter wirkenden Brückenzweige werden mit pulsbreitenmodulierten Rechtecksignalen mit einer Schaltfrequenz angesteuert.Description For the rapid charging of batteries of electric vehicles, there are currently typically two-stage converter systems, i. E. a network-side three-phase pulse rectifier system with a regulated output voltage and a downstream, from the voltage generated by the three-phase pulse rectifier system - also referred to as intermediate circuit voltage - powered floating DC / DC converter used. The pulse rectifier stage has i.A. Boost converter characteristic, i. the mains phase voltages are fed to three ballast inductors, and their respective second terminals are connected to the inputs of phase bridge arms, which are arranged between a positive and a negative DC bus voltage rail and together form a self-commutated three-phase bridge circuit. A phase bridge branch is thereby in the simplest case with Zweilevelcharakteristik, i. formed by a series circuit of two electronic switches, such as transistors with antiparallel freewheeling diodes, wherein the circuit point between the two switches, respectively the transistors represents the bridge branch input. In order to avoid a short circuit of the intermediate circuit voltage, only one of the two transistors is switched through in each case, so that in the end the same function as with a changeover switch, the possibility of connecting the input to the positive or the negative intermediate circuit voltage rail is given, i. With reference to an imaginary center point of the intermediate circuit voltage, a positive or a negative voltage can be connected to the bridge branch input (two-level characteristic). The individual switches and thus the bridge branches acting as switches are controlled with pulse width modulated square wave signals with a switching frequency.

[0002] Um den zur Sicherstellung geringer Netzrückwirkungen typischerweise geforderten sinusförmigen Netzstrom zu erreichen, wird am Eingang jedes Phasenbrückenzweiges eine netzfrequent pulsbreitenmodulierte Spannung derart erzeugt, dass die über der zugehörigen Vorschaltinduktivität auftretende Differenz der zugehörigen sinusförmigen Netzphasenspannung und der in der pulsbreitenmodulierten Spannung enthaltenen netzfrequenten Grundschwingung einen sinusförmigen Netzstrom mit einer Amplitude derart bewirkt, dass die seitens des DC/DC-Konverters dem Zwischenkreis entnommene Leistung nachgeliefert und das Niveau der Zwischenkreisspannung auf einem vorgegebenen Sollwert gehalten wird. Zur Vermeidung einer Belastung des Netzes mit Blindleistung werden dabei für Leistungslieferung aus dem Netz die Netzphasenströme in Phase mit den zugehörigen Netzphasenspannungen (ohmsches Netzverhalten) und für Leistungsrückspeisung in das Netz mit einer Phasenverschiebung von 180° eingestellt.In order to achieve the required to ensure low system perturbations typically required sinusoidal power, a power-frequency pulse width modulated voltage is generated at the input of each phase bridge branch such that the occurring over the associated ballast inductance difference of the associated sinusoidal network phase voltage and the power frequency contained in the pulse width modulated voltage fundamental Sinusoidal mains current with an amplitude causes such that the DC / DC converter removed from the DC link power replenished and the level of the DC link voltage is maintained at a predetermined setpoint. In order to avoid a load on the grid with reactive power, the grid phase currents for power supply from the grid are set in phase with the associated grid phase voltages (ohmic grid behavior) and for power feedback in the grid with a phase shift of 180 °.

[0003] Neben den letztlich strombildenden netzfrequenten Grundschwingungen (nachfolgend als netzfrequentes Gegentaktspannungssystem bezeichnet) beinhaltet das aus den drei pulsbreitenmodulierten Phasenbrückenzweigeingangsspannungen gebildete Spannungssystem typischerweise auch noch • optional ein dreifach netzfrequentes Gleichtaktspannungssystem zur Maximierung der Aussteuerbarkeit der selbstgeführten Dreiphasenbrückenschaltung, • ein schaltfrequentes lokal (auf eine Schaltperiode bezogen) und damit auch global (auf eine Netzperiode bezogen) mittelwertfreies Gegentaktspannungssystem und • ein schaltfrequentes lokal und global mittelwertfreies Gleichtaktspannungssystem.In addition to the ultimately current-forming line frequency fundamental oscillations (hereinafter referred to as mains frequency push-pull voltage system), the voltage system formed from the three pulse width modulated phase bridge branch input voltages typically also includes • optionally a triple mains frequency common mode voltage system for maximizing the driveability of the self-commutated three-phase bridge circuit, • a switching frequency local (to one switching period referenced) and thus also global (based on a grid period) mean-free differential mode voltage system and • a switching frequency local and global mean-free common-mode voltage system.

[0004] Jedes dieser Spannungssysteme wird durch drei Phasenspannungsanteile gebildet. Da der Netzsternpunkt typischerweise mit keinem Punkt des Spannungszwischenkreises verbunden ist, d.h. das Dreiphasenpulsgleichrichtersystem wie vorstehend beschrieben nur an den drei Netzphasenklemmen liegt, wird durch das dreifach netzfrequente und durch das schaltfrequente Gleichtaktspannungssystem kein Stromfluss verursacht. Nur das schaltfrequente Gegentaktspannungssystem kann (zusätzlich zum netzfrequenten Gegentaktspannungssystem) strombildend wirken, wobei das Netz bei rein sinusförmiger Netzspannung und vernachlässigbarer innerer Impedanz für schaltfrequente Gegentaktstromkomponenten einen Kurzschluss darstellt. Demgemäss wird durch das schaltfrequente Gegentaktspannungssystem ein einzig durch die Vorschaltinduktivitäten begrenzter schaltfrequenter Gegentaktstrom verursacht, welcher in einer schaltfrequenten Schwankung bzw. einem schaltfrequenten Rippei der sinusförmigen Netzströme Ausdruck findet.Each of these voltage systems is formed by three phase voltage components. Since the grid neutral is typically not connected to any point of the voltage link, i. the three-phase pulse rectifier system as described above is only at the three power phase terminals, is caused by the three power frequency and by the switching frequency common-mode voltage system no current flow. Only the switching frequency push-pull voltage system can (in addition to the mains frequency push-pull voltage system) act as a current-forming device, with the network representing a purely sinusoidal mains voltage and negligible internal impedance for switching frequency push-pull current components. Accordingly, the switched-frequency push-pull voltage system causes a switching-frequency push-pull current which is limited solely by the ballast inductances and finds expression in a switching-frequency fluctuation or a switching-frequency ripple of the sinusoidal mains currents.

[0005] Für den dem Pulsgleichrichtersystem nachgeordneten potentialgetrennten DC/DC-Konverter werden im Bereich höherer Leistung primär- wie sekundärseitig gemäss dem Stand der Technik Vollbrückenschaltungen in Form eines Dual Active Bridge Konverters, d.h. einer primärseitigen aus der Zwischenkreisspannung gespeisten Vollbrücke und einer sekundärseitigen, an der Ausgangsgleichspannung liegenden Vollbrücke und einem zwischen beiden Vollbrücken angeordnetem Transformator, dessen Primärwicklungsenden an die Ausgänge der primärseitigen Vollbrücke und dessen Sekundärwicklungsenden an den Eingang der sekundärseitigen Vollbrücke gelegt werden, eingesetzt. Hier wie auch andernorts beziehen sich die Begriffe «Eingang» und «Ausgang» auf einen Leistungsfluss von der Primärseite zur Sekundärseite. Es ist aber auch ein Leistungsfluss in Gegenrichtung realisierbar.For the potential-separated DC / DC converter downstream of the pulse rectifier system, full-bridge circuits in the form of a dual active bridge converter, ie primary and secondary circuits according to the prior art, are provided in the area of higher power. a primary side fed from the intermediate circuit voltage full bridge and a secondary side, located at the DC output voltage full bridge and arranged between two full bridges transformer whose primary winding ends are placed at the outputs of the primary-side full bridge and the secondary winding ends to the input of the secondary full bridge used. Here as well as elsewhere, the terms "input" and "output" refer to a power flow from the primary side to the secondary side. But it is also a power flow in the opposite direction feasible.

[0006] Da der Dual Active Bridge Konverter keine Ausgangsinduktivität und keine Eingangsinduktivität aufweist, wird die Sperrspannungsbelastung der in den Brückenzweigen eingesetzten Leistungstransistoren direkt durch die Zwischenkreis-bzw. die Ausgangsspannung, d.h. unmittelbar durch die Schaltung (Schaltungszwang) bestimmt. Weiters ist die Steuerung des Leistungstransfers von der Primär- auf die Sekundärseite einfach über die Phasenverschiebung der Taktung der primär- und sekundärseitigen Vollbrücke möglich. Beide Brücken erzeugen dabei im einfachsten Fall eine symmetrische schaltfrequente Rechteckwechselspannung. Aufgrund der Phasenverschiebung beider Rechteckwechselspannungen treten nach der steigenden und nach der fallenden Flanke der Primärwechselspannung relativ hohe Spannungsdifferenzen gegenüber der Sekundärspannung auf (die Primärspannung kann dabei als unter Berücksichtigung des Windungszahlverhältnisses auf die Sekundärseite umgerechnet und ein Transformatorersatzschaltbild mit auf der Sekundärseite konzentrierter Streuinduktivität betrachtet werden), welche an der Streuinduktivität des Transformators zu liegen kommen, und einen Stromaufbau bzw. Stromabbau bewirken, womit letztlich in der Primär- bzw. Sekundärwicklung ein trapezförmiger Wechselstrom resultiert, der in einem entsprechenden Leistungstransfer von der Primär - auf die Sekundärseite resultiert. Eine Verringerung/Erhöhung der Phasenverschiebung führt zu einem längeren/kürzeren Ansteigen und Abfallen des Stromes und damit zu einer höheren/kleineren Amplitude des primär- bzw. sekundärseitigen Trapezstromes, womit die Regelbarkeit des Leistungstransfers über die Phasenverschiebung anschaulich verständlich wird. Weiters ist hervorzuheben, dass die Schaltung implizit bidirektional ist, d.h. durch Phasenvoreilung der Sekundärrechteckwechselspannung gegenüber der Primärrechteckwechselspannung auch eine Leistungsrückspeisung von der Sekundärseite in den Zwischenkreis und von dort durch das ebenfalls bidirektionale Dreiphasenpulsgleichrichtersystem in das Dreiphasennetz erfolgen kann.Since the dual active bridge converter has no output inductance and no input inductance, the reverse voltage load of the power transistors used in the bridge arms directly through the DC link or. the output voltage, i. determined directly by the circuit (circuit constraint). Furthermore, the control of the power transfer from the primary to the secondary side is simply possible via the phase shift of the clocking of the primary and secondary full bridge. Both bridges generate in the simplest case, a symmetrical switching frequency rectangular AC voltage. Due to the phase shift of the two square-wave AC voltages, relatively high voltage differences to the secondary voltage occur after the rising and falling edge of the primary AC voltage (the primary voltage can be converted to the secondary side taking into account the turns ratio and a transformer equivalent circuit diagram with leakage inductance concentrated on the secondary side), which come to lie on the stray inductance of the transformer, and cause a current build-up or current reduction, which ultimately results in the primary and secondary winding, a trapezoidal AC resulting in a corresponding power transfer from the primary to the secondary side. A reduction / increase of the phase shift leads to a longer / shorter increase and decrease of the current and thus to a higher / lower amplitude of the primary or secondary side trapezoidal current, whereby the controllability of the power transfer on the phase shift is clearly understandable. It should also be emphasized that the circuit is implicitly bidirectional, i. By phase advance of the Sekundärrechteckwechselspannung against the Primärrechteckwechselspannung also a power feedback from the secondary side into the DC link and from there through the bidirectional three-phase rectifier rectifier system in the three-phase network can be done.

[0007] Allerdings steht den technischen Vorteilen der aus Pulsgleichrichtersystem und DC/DC-Konverter gebildeten Gesamtanordnung ein relativ hoher Realisierungsaufwand (hohe Zahl an Leistungstransistoren und magnetischer Komponenten) gegenüber. Weiters ist die erreichbare Effizienz der Energieumformung potentiell durch die Zweistufigkeit der Gesamtanordnung beschränkt.However, the technical advantages of the overall arrangement formed by the pulse rectifier system and the DC / DC converter is offset by a relatively high implementation effort (high number of power transistors and magnetic components). Furthermore, the achievable energy conversion efficiency is potentially limited by the two-tier nature of the overall arrangement.

[0008] Eine einstufige Energieumformung kann bei Einsatz von Matrixkonverterschaltungen erreicht werden, wobei dann allerdings aufgrund der für die Realisierung erforderlichen Vierquadrantenschalter (bipolare Sperrfähigkeit und getrennte Steuerbarkeit beider Stromflussrichtungen) eine komplexe Konverterstruktur, und eine komplexe Steuerung (komplexe, von den Grössenverhältnissen der Netzphasenspannungen oder den Flussrichtungen der Eingangsphasenströme abhängige Kommutierungssequenzen der Vierquadrantenschalter) in Kauf zu nehmen sind. Weiters weisen Matrixkonverter aufgrund der für die Realisierung von Vierquadrantenschaltern erforderlichen Gegenserienschaltung von zwei unipolaren Leistungstransistoren mit antiparalleler Freilaufdiode ungeachtet der Einstufigkeit nach wie vor relativ hohe Leitverluste auf.A one-stage energy conversion can be achieved with the use of matrix converter circuits, in which case, however, due to the necessary for the realization four-quadrant switch (bipolar blocking capability and separate controllability of both current flow directions) a complex converter structure, and complex control (complex, of the size ratios of the mains phase voltages or the flow directions of the input phase currents dependent Kommutierungssequenzen the four-quadrant switch) are to be taken into account. Furthermore, matrix converters, due to the counter-series connection of two unipolar power transistors with antiparallel freewheeling diode required for the realization of four-quadrant switches, still have relatively high conduction losses, regardless of the single stage.

[0009] Aufgabe der Erfindung ist es daher Verfahren und einen Konverter zur potentialfreien elektrischen Energieübertragung zu schaffen, welches mindestens eine der folgenden Eigenschaften aufweist: einfache Schaltungsstruktur bzw. eine relativ geringe Halbleiterzahl, eine durch Schaltungszwang definierte Sperrspannungsbelastung der Halbleiter, eine geringe Zahl magnetischer Komponenten und eine geringe Zahl von Halbleitern im Stromflusspfad, sowie eine einfache Steuerbarkeit des Leistungsflusses.The object of the invention is therefore to provide a method and a converter for potential-free electrical energy transmission, which has at least one of the following properties: simple circuit structure or a relatively low semiconductor number, a defined by circuit constraint reverse voltage load of the semiconductor, a small number of magnetic components and a small number of semiconductors in the current flow path, as well as easy controllability of the power flow.

[0010] Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und einen Konverter zur potentialfreien elektrischen Energieübertragung gemäss den Patentansprüchen.The object is achieved by a method and a converter for potential-free electrical energy transmission according to the claims.

[0011] In dem Verfahren zur potentialfreien elektrischen Energieübertragung zwischen einem primärseitigen Wechselspannungssystem (ua, Ub, uc) mit einer Netzfrequenz und einem sekundärseitigen Gleichspannungssystem (udc), werden die folgenden Schritte ausgeführt: • durch Ansteuerung einer primärseitigen Brückenschaltung an Eingängen von Phasenbrückenzweigen dieser primärseitigen Brückenschaltung wird ein Spannungssystem von Phasenbrückenzweigeingangsspannungen gebildet, • wobei dieses Spannungssystem mindestens die folgenden Komponenten aufweist: o ein netzfrequentes Gegentaktspannungssystem, o ein schaltfrequentes Gegentaktspannungssystem, o ein schaltfrequentes Gleichtaktspannungssystem.In the method for potential-free electrical energy transmission between a primary-side AC voltage system (ua, Ub, uc) with a network frequency and a secondary-side DC system (udc), the following steps are performed: • by driving a primary-side bridge circuit at the inputs of phase bridge branches this primary side Bridge circuit is a system of voltage of phase bridge branch input voltages formed, • this voltage system comprises at least the following components: o a mains frequency push-pull voltage system, o a switching frequency push-pull voltage system, o a switching frequency common-mode voltage system.

[0012] Dabei • werden primärseitig mit dem schaltfrequenten Gegentaktspannungssystem schaltfrequente Gegentaktstromkomponenten und/oder mit dem schaltfrequenten Gleichtaktspannungssystem schaltfrequente Gleichtaktstromkomponenten gebildet, welche durch die primärseitige Brückenschaltung 4 fliessen, wobei • diese schaltfrequenten Gegentaktstromkomponenten und/oder Gleichtaktstromkomponenten durch mindestens einen Transformator auf eine Sekundärseite transformiert werden, und zur Übertragung elektrischer Leistung an die Sekundärseite verwendet werden.In this case, switching-frequency differential current components are formed on the primary side with the switching frequency push-pull voltage system and / or switching frequency common-mode current components flowing through the primary-side bridge circuit 4, wherein these switching frequency push-pull current components and / or common mode components are transformed by at least one transformer to a secondary side , and used for transmitting electrical power to the secondary side.

[0013] Der Konverter, der zur Ausführung des Verfahrens zur potentialfreien elektrischen Energieübertragung ausgebildet sein kann, weist auf: • Netzphasenklemmen zum Anschluss an ein Wechselspannungssystem, die jeweils über Vorschaltinduktivitäten an Eingänge von Phasenbrückenzweigen einer primärseitigen Brückenschaltung angeschlossen sind, • wobei eine positive und eine negative Spannungsschiene der primärseitigen Brückenschaltung an eine primärseitige Gleichspannungs-Pufferanordnung angeschlossen sind.The converter, which may be designed to carry out the method for floating electrical energy transmission, comprises: • power phase terminals for connection to an AC system, which are each connected via Vorschaltinduktivitäten to inputs of phase bridge branches of a primary-side bridge circuit, • wherein a positive and a negative voltage rail of the primary-side bridge circuit are connected to a primary-side DC voltage buffer arrangement.

[0014] Dabei ist ein Stromkreis mit Hochpasseigenschaft zur Aufnahme von Gleichtaktströmen und/oder Gegentaktströmen aus den Eingängen der Phasenbrückenzweigen angeordnet, wobei dieser Stromkreis mit Hochpasseigenschaft mindestens eine Primärwicklung eines Transformators aufweist, und mindestens eine Sekundärwicklung des Transformators eine Serienschaltung mit einem Abblockkondensator 6 bildet, und wobei • entweder nur eine solche Serienschaltung vorliegt, und diese Serienschaltung an einem ersten Ende an einem ersten Phaseneingang einer sekundärseitigen Brückenschaltung und an einem zweiten Ende an einem zweiten Phaseneingang der sekundärseitigen Brückenschaltung 8b angeschlossen ist, • oder zwei oder mehr solcher Serienschaltungen vorliegen, und diese Serienschaltungen jeweils an ersten Enden an Phaseneingängen einer sekundärseitigen Brückenschaltung angeschlossen sind und an zweiten Enden an einem gemeinsamen sekundärseitigen Sternpunkt angeschlossen sind.In this case, a circuit with high-pass characteristic for receiving common mode currents and / or push-pull currents from the inputs of the phase bridge arms is arranged, said circuit having a high-pass property at least one primary winding of a transformer, and at least one secondary winding of the transformer forms a series circuit with a blocking capacitor 6, and wherein • either only one such series connection is present, and this series circuit is connected at a first end to a first phase input of a secondary-side bridge circuit and at a second end to a second phase input of the secondary-side bridge circuit 8b, or two or more such series circuits are present, and these series circuits are each connected at first ends to phase inputs of a secondary-side bridge circuit and are connected at second ends to a common secondary-side star point.

[0015] Der sekundärseitige Sternpunkt kann auch Sternpunkt der Abblockkondensatoren genannt werden, wobei die Reihenfolge der Abblockkondensatoren und Sekundärwicklungen in den Serienschaltungen austauschbar ist.The secondary-side star point can also be called star point of the blocking capacitors, wherein the order of the blocking capacitors and secondary windings in the series circuits is interchangeable.

[0016] Der Stromkreis mit Hochpasseigenschaft ist dazu ausgebildet, im Betrieb des Konverters schaltfrequente Ströme zu führen, und netzfrequente Ströme zu dämpfen, idealerweise zu sperren. Der Stromkreis mit Hochpasseigenschaft führt durch die primärseitige Brückenschaltung und die primärseitige Gleichspannungs-Pufferanordnung und die genannte mindestens eine Primärwicklung. Der Stromkreis mit Hochpasseigenschaft kann weitere Elemente aufweisen, welche je nach Ausführungsform unterschiedlich sind. Je nach Ausführungsform kann er dazu ausgebildet sein, nur schaltfrequente Gleichtaktströme, nur schaltfrequente Gegentaktströme oder beide Arten von Strömen zu führen.The circuit with high-pass characteristic is designed to perform switching-frequency currents during operation of the converter, and to attenuate line-frequency currents, ideally to block. The circuit with high-pass property leads through the primary-side bridge circuit and the primary-side DC buffer arrangement and said at least one primary winding. The circuit with high-pass characteristic can have further elements, which are different depending on the embodiment. Depending on the embodiment, it may be designed to carry only switching-frequency common-mode currents, only switching-frequency differential mode currents or both types of currents.

[0017] Mit dem Verfahren und/oder dem Konverter ist es möglich, die bei Betrieb eines ein- oder mehrphasigen Wechselspannungssystems, insbesondere eines Dreiphasengleichrichtersystems, von den Brückenzweigen erzeugten parasitären schaltfrequenten Spannungsanteile, d.h. das schaltfrequente Gegentaktspannungssystem und/oder das schaltfrequente Gleichtaktspannungssystem, für die potentialfreie Energieübertragung von der Primär- auf die Sekundärseite heranzuziehen.With the method and / or the converter, it is possible, during operation of a single- or multi-phase AC voltage system, in particular a three-phase rectifier system, generated by the bridge branches parasitic switching frequency voltage components, i. the switching-frequency push-pull voltage system and / or the switching-frequency common-mode voltage system, for the potential-free energy transfer from the primary to the secondary side.

[0018] Dabei kann der Magnetkreis der Vorschaltinduktivität auch für die magnetische Kopplung des eingangs- bzw. primärseitigen und des ausgangs- bzw. sekundärseitigen Schaltungsteiles genutzt werden. Ferner kann der Leistungstransfer zwischen Primär- und Sekundärseite ähnlich einer Dual Active Bridge durch entsprechende Phasenverschiebung der schaltfrequenten Taktung beider Seiten eingestellt werden.In this case, the magnetic circuit of the ballast inductance can also be used for the magnetic coupling of the input or primary side and the output or secondary side circuit part. Furthermore, the power transfer between primary and secondary side similar to a dual active bridge can be adjusted by appropriate phase shift of the switching frequency clocking of both sides.

[0019] Es wird somit im Betrieb elektrische Leistung zwischen dem primärseitigen Wechselspannungssystem und einer primärseitigen Gleichspannungs-Pufferanordnung mittel netzfrequenten Spannungen und Strömen ausgetauscht, und es wird elektrische Leistung zwischen der primärseitigen Gleichspannungs-Pufferanordnung und der Sekundärseite über den mindestens einen Transformator mittels schaltfrequenten Spannungen und Strömen ausgetauscht.It is thus exchanged during operation, electrical power between the primary-side AC voltage system and a primary-side DC buffer arrangement medium line frequency voltages and currents, and there will be electrical power between the primary-side DC buffer arrangement and the secondary side via the at least one transformer by means of switching frequency voltages and Exchanged currents.

[0020] In Ausführungsformen werden die auf die Sekundärseite transformierten Gegentaktstromkomponenten und/oder Gleichtaktstromkomponenten mittels einer sekundärseitigen Brückenschaltung durch eine Ausgangspufferanordnung geführt.In embodiments, the push-pull current components and / or common mode current components transformed to the secondary side are passed through an output buffer arrangement by means of a secondary-side bridge circuit.

[0021] In Ausführungsformen weist der Stromkreis mit Hochpasseigenschaft mindestens eine Sternschaltung von Rückführkondensatoren auf, welche jeweils an ersten Anschlüssen an die Netzphasenklemmen angeschlossen sind und an zweiten Anschlüssen an einem gemeinsamen primärseitigen Sternpunkt angeschlossen sind, und weist der Stromkreis mit Hochpasseigenschaft ferner die Vorschaltinduktivitäten auf und bildet jede der Vorschaltinduktivitäten eine Primärwicklung. Zusammen mit einer jeweils zugeordneten Sekundärwicklung bildet diese jeweils einen Phasentransformator. [0022] Der primärseitige Sternpunkt kann auch Sternpunkt der Rückführkondensatoren genannt werden.In embodiments, the high-pass circuit has at least one star circuit of feedback capacitors respectively connected at first terminals to the mains phase terminals and connected to second terminals at a common primary-side neutral point, and the high-pass circuit further comprises the ballast inductances Each of the ballast inductances forms a primary winding. Together with a respective associated secondary winding, this each forms a phase transformer. The primary-side star point can also be called star point of the feedback capacitors.

[0023] In Ausführungsformen weist der Stromkreis mit Hochpasseigenschaft eine Sternschaltung von Serienschaltungen von separaten Primärwicklungen und Rückführkondensatoren auf, wobei diese Serienschaltungen jeweils an ersten Enden an die Eingänge der Phasenbrückenzweige angeschlossen sind und an zweiten Enden an einem gemeinsamen primärseitigen Sternpunkt angeschlossen sind.In embodiments, the high pass circuit comprises a star connection of series circuits of separate primary windings and feedback capacitors, these series circuits each being connected at first ends to the inputs of the phase bridge branches and connected at second ends to a common primary side neutral point.

[0024] In Ausführungsformen ist der gemeinsame primärseitige Sternpunkt an einen Mittelpunkt der primärseitigen Gleichspannungs-Pufferanordnung angeschlossen, oder an die positive, oder an die negative Spannungsschiene der primärseitigen Brückenschaltung.In embodiments, the common primary-side neutral point is connected to a center of the primary-side DC buffer arrangement, or to the positive, or to the negative voltage rail of the primary-side bridge circuit.

[0025] In Ausführungsformen ist der gemeinsame primärseitige Sternpunkt über eine Primärwicklung eines Gleichtaktspannungstransformators an einen Mittelpunkt der primärseitigen Gleichspannungs-Pufferanordnung angeschlossen, oder an die positive, oder an die negative Spannungsschiene der primärseitigen Brückenschaltung.In embodiments, the common primary-side neutral point is connected via a primary winding of a common-mode voltage transformer to a center of the primary-side DC buffering arrangement, or to the positive, or to the negative voltage rail of the primary-side bridge circuit.

[0026] In Ausführungsformen ist der gemeinsame primärseitige Sternpunkt über einen Serienkondensator an einen Mittelpunkt der primärseitigen Gleichspannungs-Pufferanordnung angeschlossen, oder an die positive, oder an die negative Spannungsschiene der primärseitigen Brückenschaltung.In embodiments, the common primary-side neutral point is connected via a series capacitor to a center of the primary-side DC buffer arrangement, or to the positive, or to the negative voltage rail of the primary-side bridge circuit.

[0027] In Ausführungsformen weist der Konverter eine in Serie zu den Vorschaltinduktivitäten liegende dreiphasige Gleichtaktinduktivität auf, insbesondere mit einer vierten Wicklung auf einem Magnetkern dieser dreiphasigen Gleichtaktinduktivität, wobei diese vierte Wicklung die Sekundärwicklung bildet.In embodiments, the converter has a three-phase common-mode inductance lying in series with the ballast inductances, in particular with a fourth winding on a magnet core of this three-phase common-mode inductance, this fourth winding forming the secondary winding.

[0028] In Ausführungsformen weist der Konverter zwei oder mehr der Serienschaltungen von Sekundärwicklungen mit jeweils einem Abblockkondensator auf, wobei diese Serienschaltungen an zweiten Enden an einem gemeinsamen sekundärseitigen Sternpunkt angeschlossen sind, und wobei dieser Sternpunkt, optional über einen Serienkondensator, an einen Mittelpunkt einer sekundärseitigen Ausgangspufferanordnung angeschlossen ist, oder an die positive, oder an die negative Spannungsschiene der sekundärseitigen Brückenschaltung.In embodiments, the converter comprises two or more of the series circuits of secondary windings each having a blocking capacitor, these series circuits being connected at second ends to a common secondary star point, and this star point, optionally via a series capacitor, to a midpoint of a secondary side Output buffer arrangement is connected, or to the positive, or to the negative voltage rail of the secondary-side bridge circuit.

[0029] Bei allen Ausführungsformen versteht sich, dass eine Sternschaltung von Rückführkondensatoren (primärseitig) respektive Abblockkondensatoren (sekundärseitig), welche an ihrem Sternpunkt mit einer positiven oder negativen Spannungsschiene der zugeordneten Brückenschaltung verbunden ist, ggf. über eine Induktivität und/oder eine Kapazität, äquivalent ist zu zwei Sternschaltungen, von denen die eine an ihrem Sternpunkt mit der positiven und die andere an ihrem Sternpunkt mit der negativen Spannungsschiene verbunden ist.In all embodiments, it is understood that a star circuit of feedback capacitors (primary side) respectively blocking capacitors (secondary side), which is connected at its neutral point with a positive or negative voltage rail of the associated bridge circuit, possibly via an inductance and / or capacitance, is equivalent to two star circuits, one of which is connected at its neutral point with the positive and the other at its neutral point with the negative voltage rail.

[0030] Weitere Ausführungsformen und deren Funktionsweise sind im Folgenden im Zusammenhang mit einem dreiphasigen Netz beschrieben, die Ausführungen gelten analog aber auch für Netze mit einer oder mehr als drei Phasen.Other embodiments and their operation are described below in connection with a three-phase network, the statements apply analogously but also for networks with one or more than three phases.

[0031] In einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung kann eingangsseitig ein primärseitige Drehstrombrückenschaltung als Dreiphasenpulsgleichrichtersystem angeordnet sein, welches am DC Ausgang eine, nachfolgend als Pufferspannung bezeichnete, kapazitiv gestützte Gleichspannung bildet, an der allerdings kein (sekundärseitiger) Verbraucher angeschlossen ist. Wie vorstehend erwähnt, wird für die Realisierung der Potentialtrennung von Primär- und Sekundärseite nicht ein expliziter DC/DC-Konverter bzw. expliziter Transformator angeordnet, sondern die Potentialtrennung und magnetische Kopplung ist durch Sekundärwicklungen auf den, einen Luftspalt des Magnetkreises aufweisenden Vorschaltinduktivitäten der Phasen (Phasensekundärwicklungen, im Folgenden auch Sekundärwicklungen genannt) realisiert - die Wicklungen der Vorschaltinduktivitäten sind in diesem Sinn als Phasenprimärwicklungen (im Folgenden auch Primärwicklungen genannt) zu sehen - und das jeweils erste Ende jeder Sekundärwicklung an die Phaseneingänge einer sekundärseitigen Drehstrombrückenschaltung geführt, an deren Ausgang die zu bildende Ausgangsgleichspannung auftritt. Die jeweils zweiten Enden der Sekundärwicklungen werden an die Eingangsklemmen einer Sternschaltung sekundärseitiger Abblockkondensatoren gelegt, deren Sternpunkt mit dem Mittelpunkt der kapazitiv gestützten Ausgangsgleichspannung verbunden ist; alternativ ist funktionsgleich auch eine Verbindung des Sternpunktes mit der positiven oder dem negativen Klemme der Ausgangsspannung, oder die Anordnung von zwei Kondensatorsternschaltungen mit Verbindung eines Sternpunktes mit der positiven und Verbindung des anderen Sternpunktes mit der negativen Klemme der Ausgangsspannung möglich. Weiters werden primärseitig abzweigend von den Netzphasenklemmen Rückführkondensatoren in Stern geschaltet angeordnet, wobei der Sternpunkt dieser Kondensatoren mit dem Mittelpunkt der Pufferspannung verbunden wird; alternativ ist funktionsgleich auch eine Verbindung der Sternpunktes mit dem positiven oder dem negativen Pol der Pufferspannung, oder die Anordnung von zwei Kondensatorsternschaltungen mit Verbindung eines Sternpunktes mit dem positiven und Verbindung des anderen Sternpunktes mit dem negativen Pol der Pufferspannung möglich.In one embodiment of the inventive device may be arranged on the input side, a primary-side three-phase bridge circuit as a three-phase rectifier, which forms at the DC output, hereinafter referred to as a buffer voltage, capacitively supported DC voltage to which, however, no (secondary side) consumer is connected. As mentioned above, an explicit DC / DC converter or explicit transformer is not arranged for the realization of the potential separation of primary and secondary side, but the potential separation and magnetic coupling is by secondary windings on the, an air gap of the magnetic circuit having Vorschaltinduktivitäten the phases ( Phase secondary windings, hereinafter also called secondary windings) realized - the windings of Vorschaltinduktivitäten are in this sense as phase primary windings (hereinafter also called primary windings) - and the first end of each secondary winding led to the phase inputs of a secondary-side three-phase bridge circuit, at the output to forming DC output voltage occurs. The respective second ends of the secondary windings are connected to the input terminals of a star connection of secondary-side blocking capacitors whose neutral point is connected to the center of the capacitively-supported DC output voltage; Alternatively, the same function as a connection of the neutral point with the positive or negative terminal of the output voltage, or the arrangement of two condenser star circuits with connection of a neutral point with the positive and connection of the other neutral point with the negative terminal of the output voltage possible. Furthermore, return capacitors are arranged in star-type branching off from the mains phase terminals on the primary side, the star point of these capacitors being connected to the center of the buffer voltage; Alternatively, the connection of the star point to the positive or the negative pole of the buffer voltage, or the arrangement of two capacitor star circuits with connection of one star point to the positive and connection of the other star point to the negative pole of the buffer voltage is functionally identical possible.

[0032] Für die Beschreibung der Funktion der Vorrichtung sei im ersten Schritt angenommen, dass die Transistoren der sekundärseitigen Drehstrombrückenschaltung nicht getaktet werden und die Ausgangsgleichspannung einen hohen Wert derart aufweise, sodass die antiparallel zu den Transistoren der sekundärseitigen Drehstrombrückenschaltung liegenden Dioden unabhängig von ggf. über den Phasensekundärwicklungen auftretenden Spannungen im Sperrzustand bzw. die Sekundärwicklungen stromlos verbleiben.For the description of the function of the device is assumed in the first step that the transistors of the secondary-side three-phase bridge circuit are not clocked and the output DC voltage has a high value such that the anti-parallel to the transistors of the secondary-side three-phase bridge diodes regardless of possibly over the phase secondary windings occurring voltages in the off state or the secondary windings remain de-energized.

[0033] Die Einstellung sinusförmiger Netzströme erfolgt dann gleich wie für ein konventionelles Dreiphasenpulsgleichrichtersystem durch Pulsbreitenmodulation der primärseitigen Drehstrombrückenschaltung derart, dass ein netzfrequentes Gegentaktspannungssystem gebildet wird, welches in Verbindung mit der Netzspannung zu netzfrequent sinusförmigen Netzphasenströmen und damit zu einem entsprechenden Leistungstransfer in die Pufferspannung führt. Neben dem sinusförmigen Verlauf weist der Strom in den Vorschaltinduktivitäten einen schaltfrequenten Rippei auf, der einerseits durch das schaltfrequente Gegentaktspannungssystem verursacht wird und sich über das (ideale, d.h. impedanzfreie) Netz schliesst. Andererseits wirkt auch das schaltfrequente Gleichtaktspannungssystem strombildend, da durch die Rückführkondensatoren eine für schaltfrequente Änderungen niederimpedante Verbindung mit der Gleichspannungsseite der primärseitigen Drehstrombrückenschaltung hergestellt wird. Die Vorschaltinduktivitäten weisen daher einen weiteren schaltfrequenten Rippeianteil auf, der sich allerdings über die Rückführkondensatoren und nicht über das Netz schliesst. Nachfolgend wird die gesamte über einer Vorschaltinduktivität auftretende schaltfrequente Phasenspannung kurz als schaltfrequente Primärwicklungsspannung bezeichnet. Werden die mit einer Sekundärwicklung versehenen Vorschaltinduktivitäten als Pha sentransformatoren gesehen, bildet die Überlagerung der drei vorstehend beschriebenen Stromkomponenten aufgrund der stromlos angenommenen Sekundärwicklungen die Magnetisierungsphasenströme der Phasentransformatoren.The setting of sinusoidal network currents is then the same as for a conventional three-phase pulse rectifier by pulse width modulation of the primary-side three-phase bridge circuit such that a mains frequency push-pull voltage system is formed, which leads in connection with the mains voltage to power frequency sinusoidal network phase currents and thus to a corresponding power transfer to the buffer voltage. In addition to the sinusoidal profile, the current in the ballast inductors has a switching-frequency ripple, which is caused on the one hand by the switching-frequency push-pull voltage system and closes across the (ideal, that is to say impedance-free) network. On the other hand, the switching-frequency common-mode voltage system also has a current-forming effect, since the feedback capacitors produce a connection which is low-impedance for switching-frequency changes to the DC side of the primary-side three-phase bridge circuit. The ballast inductors therefore have a further switching-frequency fin component, which, however, closes via the return capacitors and not via the network. In the following, the entire switching-frequency inductance occurring over a ballast inductance is referred to briefly as a switching-frequency primary winding voltage. If the ballast inductors provided with a secondary winding are seen as phase transformers, the superimposition of the three current components described above due to the secondary windings assumed to be without current forms the magnetization phase currents of the phase transformers.

[0034] Werden nun an die Brückenzweige der sekundärseitigen Brückenschaltung mit einer definierten zeitlichen Verzögerung bzw. Phasenverschiebung dieselben Steuerbefehle wie an die entsprechenden Brückenzweige der primärseitigen Drehstrombrückenschaltung gelegt, werden sich zusätzlich zu den Phasenmagnetisierungsströmen schaltfrequente, durch die • Phasenverschiebung, • das Windungszahlverhältnis der Phasenprimär- und Phasensekundärwicklungen, • das Verhältnis von Ausgangsspannung und Pufferspannung und • den Streukoeffizienten der Phasentransformatoren bestimmte Ströme in den Phasensekundärwicklungen (Sekundärwicklungsphasenströme) ausbilden, welche auch entsprechende durchflutungskompensierende Stromkomponenten in den Phasenprimärwicklungen (Leistungstransferprimärwicklungsphasenströme) zur Folge haben, welche sich zu den Phasenmagnetisierungsströmen addieren und letztlich einen Leistungstransfer von der Primärseite auf die Sekundärseite bewirken.Are now applied to the bridge arms of the secondary side bridge circuit with a defined time delay or phase shift the same control commands as the corresponding bridge arms of the primary-side three-phase bridge circuit, in addition to the phase magnetization switching frequency, • the Windungszahlverhältnis the Phasenprimär- and phase secondary windings, • the ratio of output voltage and buffer voltage, and • the scattering coefficients of the phase transformers form certain currents in the phase secondary windings (secondary winding phase currents), which also result in corresponding flux-compensating current components in the phase primary windings (power transfer primary winding phase currents) which add to the phase magnetization currents and ultimately one Effect power transfer from the primary side to the secondary side.

[0035] In Ausführungsformen werden die primärseitige Brückenschaltung und die sekundärseitige Brückenschaltung (welche einphasig oder mehrphasig ausgebildet sein kann) mit Schaltsignalen derselben Schaltfrequenz angesteuert.In embodiments, the primary-side bridge circuit and the secondary-side bridge circuit (which may be single-phase or multi-phase) are driven with switching signals of the same switching frequency.

[0036] Eine Steuerung eines Leistungstransfers von der Primär- auf die Sekundärseite kann durch Variation einer Phasenverschiebung zwischen den Schaltsignalen der primärseitigen Brückenschaltung und den Schaltsignalen der sekundärseitigen Brückenschaltung realisiert werden.A control of a power transfer from the primary to the secondary side can be realized by varying a phase shift between the switching signals of the primary-side bridge circuit and the switching signals of the secondary-side bridge circuit.

[0037] Die in den von den Brückenzweigen der sekundärseitigen Drehstrombrückenschaltung erzeugten pulsbreitenmodulierten Sekundärphasenspannungen enthaltenen netzfrequenten Gegentaktphasenspannungen werden von den Abblockkondensatoren übernommen, welche für netzfrequente Vorgänge in erster Näherung eine Unterbrechung darstellen und die Ausbildung netzfrequenter Gegentaktphasenströme unterbinden. Auch ein je nach Betriebsart in den pulsbreitenmodulierten Sekundärphasenspannungen enthaltenes dreifach netzfrequentes Gleichtaktspannungssystem (welches wie auf der Primärseite für eine Maximierung des linearen Aussteuerbereiches der sekundärseitigen Drehstrombrückenschaltung vorgesehen werden kann) kommt an den für Gleichtaktspannungen in Parallelschaltung wirkenden Abblockkondensatoren zu liegen, womit ideal kein dreifach netzfrequenter Gleichtaktstrom gegen den Mittelpunkt der Ausgangsspannung auftritt. Über den Phasensekundärwicklungen kommt daher nur die Summe des sekundärseitigen schaltfrequenten Gegentakt- und des schaltfrequenten Gleichtaktspannungssystems - nachfolgend als schaltfrequentes Sekundärwicklungsspannungssystem bezeichnet (welches aus drei schaltfrequenten Sekundärwicklungsphasenspannungen gebildet) auf, welches hinsichtlich der lokalen relativen Einschaltdauern eine phasenverschobene Kopie der an den Phasenprimärwicklungen liegenden Summe des primärseitigen schaltfrequenten Gegentakt- und des schaltfrequenten Gleichtaktspannungssystems, nachfolgend als schaltfrequentes Primärwicklungsphasenspannungssystem bezeichnet (gebildet aus den drei Primärwicklungsphasenspannungen) darstellt. In jeder Phase ist die schaltfrequente Primärwicklungs- und Sekundärwicklungsphasenspannung durch Subtraktion der durch den zugeordneten Brückenzweig gebildeten pulsbreitenmodulierten Phasenspannung und der Summe aus niederfrequentem Gegentakt- und niederfrequentem Gleichtaktphasenspannungsanteil (die dreiphasige Kombination der Summe beider Spannungsanteile wird nachfolgend als niederfrequentes primär- oder sekundärseitiges Spannungssystem bezeichnet, welches drei primär- oder sekundärseitige niederfrequente Phasenspannungen aufweist) zu bilden und weist daher z.B. bei Weglassung eines dreifach netzfrequenten Gleichtaktphasenspannungsanteiles (primär- und sekundärseitig) eine positive und eine negative rein sinusförmige netzfrequente Einhüllende auf und zeigt lokal den Mittelwert Null. Gleiches gilt im Wesentlichen auch für die Leistungstransferprimärwicklungsphasenströme und die Sekundärwicklungsphasenströme, da deren lokales Tastverhältnis in erster Näherung gleich jedem der zugeordneten schaltfrequenten Primärwicklungsphasenspannung bzw. zugeordneten Sekundärwicklungsphasenspannung ist und die Ströme ebenfalls keinen niederfrequenten Anteil, d.h. einen lokalen Mittelwert gleich Null aufweisen. Insgesamt ist damit jeder Leistungstransferprimärwicklungsphasenstrom als proportional zur zugehörigen schaltfrequenten Primärwicklungsphasenspannung zu sehen.The frequency-balanced push-pull phase voltages contained in the pulse width modulated secondary phase voltages generated by the bridge arms of the secondary-side three-phase bridge circuit are taken over by the blocking capacitors, which in the first approximation represent an interruption for mains-frequency operations and prevent the formation of mains-frequency balanced mode phase currents. Also, depending on the operating mode in the pulse width modulated secondary phase voltages contained triple mains frequency common mode voltage system (which can be provided as on the primary side for maximizing the linear Aussteuerbereiches the secondary-side three-phase bridge circuit) comes to the common mode voltages acting in parallel blocking capacitors, which ideally no triple mains frequency common mode current occurs against the midpoint of the output voltage. Therefore, only the sum of the secondary-side switching-frequency push-pull and switching-frequency common-mode voltage system - referred to below as a switching-frequency secondary winding voltage system (which is formed from three switching-frequency secondary winding phase voltages), which is a phase-shifted copy of the primary-side primary phase windings in terms of the local relative on-times, is obtained via the phase secondary windings switching frequency push-pull and the switching frequency common-mode voltage system, hereinafter referred to as switching frequency primary winding phase voltage system (formed from the three primary winding phase voltages) represents. In each phase, the switching frequency primary winding and secondary winding phase voltage is by subtracting the pulse width modulated phase voltage formed by the associated bridge branch and the sum of low frequency differential and low frequency common mode phase voltage component (the three phase combination of the sum of both voltage components is hereinafter referred to as low frequency primary or secondary side voltage system has three primary or secondary low-frequency phase voltages) and therefore has, for example omitting a triple mains frequency common mode phase voltage component (primary and secondary side) on a positive and a negative purely sinusoidal mains frequency envelope and locally shows the mean zero. The same applies essentially to the power transfer primary winding phase currents and the secondary winding phase currents, since their local duty cycle is approximately equal to each of the associated switching frequency primary winding phase voltage and associated secondary winding phase voltage, and the currents also do not have a low frequency component, i. have a local mean equal to zero. Overall, each power transfer primary winding phase current is therefore considered to be proportional to the associated switching-frequency primary winding phase voltage.

[0038] Da aufgrund der Verbindung des Sternpunktes der Rückführkondensatorsternschaltung mit dem Mittelpunkt der Pufferspannung und der Verbindung des Sternpunktes der Abblockkondensatorsternschaltung mit dem Mittelpunkt der Ausgangsspannung die Phasen primär- und sekundärseitig bezüglich der Ausbildung schaltfrequenter Ströme entkoppelt sind (bei offenem Sternpunkt wäre die Stromsumme zu Null gezwungen und damit eine lineare Abhängigkeit der Phasenströme gegeben), kann für die Analyse des Leistungstransfers über die Phasentransformatoren jede Phase getrennt analysiert werden.Since due to the connection of the neutral point of the Rückführkondensatorsternschaltung with the center of the buffer voltage and the connection of the star point of Abblockkondensatorsternschaltung with the midpoint of the output voltage, the phases primary and secondary side with respect to the training schaltfrequenter streams are decoupled (with an open star point, the current sum to zero forced and thus gives a linear dependence of the phase currents), each phase can be analyzed separately for the analysis of the power transfer via the phase transformers.

[0039] Wird nun ein Ausschnitt in der Umgebung der Amplitude des primärseitig gebildeten netzfrequenten Gegentaktprimärphasenspannung betrachtet und eine Amplitude nahezu gleich der halben Pufferspannung angenommen (hohe Aussteuerung), wird der Ausgang des zugehörigen Brückenzweiges der primärseitigen Drehstrombrückenschaltung relativ lange mit der positiven Klemme der Pufferspannung und nur kurz mit der negative Klemme der Pufferspannung verbunden bleiben. Entsprechend weist die schaltfrequente Primärwicklungsphasenspannung dann für einen Grossteil einer Taktperiode sehr kleine Spannungswerte auf und es wird ein Leistungstransferprimärwicklungsphasenstrom kleiner Amplitude gebildet und letztlich nur eine geringe Leistungslieferung an den zugehörigen Sekundärphasenkreis erfolgen.Now, if a section in the vicinity of the amplitude of the primary side formed mains frequency Gegentaktprimärphasenspannung considered and an amplitude almost equal to half the buffer voltage assumed (high modulation), the output of the associated bridge branch of the primary-side three-phase bridge circuit is relatively long with the positive terminal of the buffer voltage and remain connected to the negative terminal of the buffer voltage only briefly. Accordingly, the switching frequency primary winding phase voltage then has very small voltage values for a large part of a clock period and a power transfer primary winding phase current of small amplitude is formed and ultimately only a small power supply to the associated secondary phase circuit takes place.

[0040] Völlig andere Verhältnisse liegen in der Umgebung des Nulldurchganges einer primärseitigen niederfrequenten Phasenspannung vor, da dann die am zugehörigen Brückenzweigeingang gebildete Spannung (symmetrische Rechteckspannung mit einer Amplitude gleich der halben Pufferspannung) einzig eine schaltfrequente Komponente aufweist welche als Primärwicklungsphasenspannung auftritt und einen hohen (maximalen) schaltfrequenten Leistungstransfer an die zugehörige Phasensekundärwicklung bewirkt.Completely different conditions exist in the vicinity of the zero crossing of a primary-side low-frequency phase voltage, since then the voltage formed at the associated bridge branch input (symmetrical square-wave voltage with an amplitude equal to half the buffer voltage) has only a switching-frequency component which occurs as a primary winding phase voltage and a high ( maximum) switching frequency power transfer to the associated phase secondary winding causes.

[0041] Insgesamt erfolgt damit der Leistungstransfer von der Primär- an die Sekundärseite vor allem in der Umgebung der Nulldurchgänge einer Netzphasenspannung bzw. allgemein der niederfrequenten Primärphasenspannung, wohingegen der maximale Leistungstransfer aus dem Netz in die Pufferspannung in der Umgebung der Maxima einer Netzphasenspannung auftritt. Insofern ist vorteilhaft eine sehr gute Ausnutzung der Halbleiter der primärseitigen Drehstrombrückenschaltung gegeben. Im Zusammenwirken aller drei Phasen gleichen sich die Schwankungen der aus dem Netz bezogenen Phasenleistungen mit doppelter Netzfrequenz aus und es wird resultierend eine zeitlich quasi konstante Leistung aus dem Netz in die Pufferspannung geliefert. Der dreiphasige Ausgleich ist auch für die Leistungsübergabe der drei Phasen von der Primär- auf die Sekundärseite, welche aus der Pufferspannung gedeckt wird, gegeben, sodass vorteilhaft für den die Pufferspannung kapazitiv stützenden elektrischen Speicher (bei Betrieb der Vorrichtung an einem symmetrischen Dreiphasennetz) keine wesentlichen Anforderungen hinsichtlich eines Ausgleichs niederfrequenter Leistungspendelungen und damit eines höheren Kapazitätswertes bestehen.Overall, so that the power transfer from the primary to the secondary side, especially in the vicinity of the zero crossings of a mains phase voltage or generally the low-frequency primary phase voltage, whereas the maximum power transfer from the network into the buffer voltage in the vicinity of the maxima of a mains phase voltage occurs. In this respect, there is advantageously a very good utilization of the semiconductors of the primary-side three-phase bridge circuit. In the interaction of all three phases, the fluctuations of the phase-related phase powers with a doubled mains frequency are balanced out and, as a result, a temporally quasi-constant power is supplied from the network to the buffer voltage. The three-phase compensation is also given for the power transfer of the three phases from the primary to the secondary side, which is covered by the buffer voltage, so advantageous for the buffer voltage capacitive supporting electrical memory (when operating the device on a balanced three-phase network) no significant Requirements for compensation of low-frequency power swings and thus a higher capacity value.

[0042] Grundsätzlich genügt es, wenn die Schaltfrequenz mindestens fünf Mal, insbesondere mindestens zehn Mal, insbesondere mindestens fünfzehn Mal höher ist als die Netzfrequenz. Anders gesagt: Grundschwingungen der schaltfrequenten Ströme, welche zur Leistungsübertragung durch den oder die Transformatoren beitragen, haben eine mindestens fünf Mal, insbesondere mindestens zehn Mal, insbesondere mindestens fünfzehn mal höhere Frequenz als Grundschwingungen der Netzfrequenz des ein- oder mehrphasigen Wechselspannungssystems. Damit ist es möglich, die schaltfrequenten Stromanteile in einzelnen Leitungsabschnitten des Konverters von den netzfrequenten Stromanteilen zu trennen und für die potentialgetrennte Leistungsübertragung zu nutzen.In principle, it is sufficient if the switching frequency at least five times, in particular at least ten times, in particular at least fifteen times higher than the mains frequency. In other words, fundamental oscillations of the switching-frequency currents, which contribute to the power transmission through the transformer (s), have a frequency at least five times, in particular at least ten times, in particular at least fifteen times higher than the fundamental frequency of the mains frequency of the single- or multi-phase AC voltage system. It is thus possible to separate the switching-frequency current components in individual line sections of the converter from the mains-frequency current components and to use them for the isolated power transmission.

[0043] In typischen Anwendungen beträgt die Netzfrequenz 50 Hz, und beträgt die Schaltfrequenz mehr als 500 Hz oder mehr als 1 kHz.In typical applications, the line frequency is 50 Hz, and the switching frequency is more than 500 Hz or more than 1 kHz.

Regelung/Steuerung [0044] Wie vorstehend erwähnt, kann der Leistungsfluss zwischen Primärseite und Sekundärseite durch zeitliche Verschiebung (Phasenverschiebung) der grundsätzlich gleichen Taktung der primärseitigen und sekundärseitigen Drehstrombrückenschaltungen eingestellt werden. Im einfachsten Fall wird dabei über eine gesamte Netzperiode eine konstante Phasenverschiebung gewählt wobei durch Einstellung einer Phasenvoreilung anstelle einer Phasennacheilung eine Umkehrung der Leistungsflussrichtung möglich ist.Control As mentioned above, the power flow between the primary side and the secondary side can be adjusted by time shifting (phase shifting) of basically the same timing of the primary-side and secondary-side three-phase bridge circuits. In the simplest case, a constant phase shift is selected over an entire network period, whereby a reversal of the power flow direction is possible by setting a phase advance instead of a phase lag.

[0045] Alternativ kann die Phasenverschiebung der einzelnen Phasen auch getrennt beeinflusst und mit dem Ziel einer Optimierung durch beispielsweise Maximierung des Wirkungsgrades der Leistungsübertragung oder Maximierung der Ausnutzung oder Minimierung der Beanspruchung einzelner Komponenten über die Netzperiode zeitlich variiert werden. Ein weiteres mögliches Ziel einer Optimierung stellt die Maximierung des Betriebsbereiches mit weichem, d.h. spannungs-oder stromlosem Schalten der Leistungshalbleiter dar.Alternatively, the phase shift of the individual phases may also be influenced separately and varied over time with the goal of optimization by, for example, maximizing the efficiency of the power transmission or maximizing the utilization or minimizing the stress on individual components over the network period. Another possible goal of optimization is to maximize the operating range with soft, i. voltage or currentless switching of the power semiconductor is.

[0046] Anzumerken ist dass zur Generierung der Ansteuerbefehle der Brückenzweige der primärseitigen Drehstrombrückenschaltung neben einem konventionellen Unterschwingungsverfahren mit dreieckförmigem Trägersignal und im einfachsten Fall rein sinusförmigen Modulationsfunktionen auch eine Raumzeigermodulation Anwendung finden kann, wobei dies auch die abschnittsweise Klemmung eines Brückenzweiges und ausschliessliche Taktung der beiden verbleibenden Phasen, sowie die bewusste Erzeugung eines hohen schaltfrequenten Gegentaktspannungssystems (und eines entsprechend verringerten Gleichtaktspannungssystems) oder die Erzeugung eines hohen schaltfrequenten Gleichtaktspannungssystems (und eines entsprechend verringerten Gegentaktspannungssystems) umfassen kann.It should be noted that for generating the drive commands of the bridge arms of the primary-side three-phase bridge circuit in addition to a conventional undershoot method with triangular carrier signal and in the simplest case purely sinusoidal modulation functions, a space vector modulation application may apply, this also the sections clamping of a bridge branch and exclusive timing of the two remaining Phases, as well as the deliberate generation of a high switching frequency push-pull voltage system (and a correspondingly reduced common-mode voltage system) or the generation of a high switching-frequency common-mode voltage system (and a correspondingly reduced push-pull voltage system).

[0047] Ausser dem eingangs erwähnten rein ohmschen Netzverhalten des Dreiphasenpulsgleichrichterteiles der Vorrichtung ist auch ein Betrieb mit allgemeiner Phasenlage des Netzstromes möglich. Das System kann damit also auch zur Deckung von Blindleistung des Netzes oder ggf. zur Oberschwingungsfilterung des Netzes herangezogen werden, ohne dass der schaltfrequente Leistungstransfer von der Primär- auf die Sekundärseite wesentlich beeinflusst würde.In addition to the above-mentioned purely resistive power behavior of the Dreiphasenpulsgleichrichterteiles the device, an operation with a general phase position of the mains current is possible. The system can thus also be used to cover the reactive power of the network or possibly for harmonic filtering of the network, without the switching frequency power transfer from the primary to the secondary side would be significantly affected.

[0048] Weiters ist anzumerken, dass auch die Pufferspannung direkt für die Speisung eines Verbrauchers herangezogen werden kann, wobei dann nur die Differenz der aus dem Netz bezogenen Leistung und der seitens des Verbrauchers aufgenommenen Leistung an die Sekundärseite übertragen wird.Furthermore, it should be noted that the buffer voltage can be used directly for the supply of a consumer, in which case only the difference of the power received from the network and the power consumed by the consumer is transmitted to the secondary side.

[0049] Schliesslich ist darauf hinzuweisen, dass auch eine einphasige Ausführung der Vorrichtung möglich ist, wobei dann nur eine Vorschaltinduktivität anzuordnen und mit einer Sekundärwicklung zu versehen ist und die Pufferspannung für den teilweisen Ausgleich des doppelt netzfrequenten Leistungsbezugs aus dem Netz genutzt werden kann, indem die aus der Pufferspannung entnommene und schaltfrequent auf die Sekundärseite übertragene Leistung durch entsprechende Variation der Phasenverschiebung der Taktung der primär und sekundärseitigen Vollbrücken (oder vereinfacht Halbbrücken) auf einem möglichst konstanten Wert gehalten wird. Mögliche Varianten der Schaltungsstruktur [0050] Wie bereits vorgehend erwähnt, kann der Sternpunkt der primärseitigen Rückführkondensatoren anstelle mit dem Mittelpunkt der Pufferspannung funktionsgleich auch mit dem positiven oder dem negativen Pol der Pufferspannung verbunden werden, oder es können zwei Rückführkondensatorsternschaltungen mit Verbindung eines Sternpunktes mit der positiven und Verbindung des anderen Sternpunktes mit der negativen Pol der Pufferspannung angeordnet werden.Finally, it should be noted that a single-phase version of the device is possible, in which case only one Vorschaltinduktivität to be arranged and provided with a secondary winding and the buffer voltage for the partial compensation of the double mains power draw from the network can be used by the power extracted from the buffer voltage and transferred to the secondary side in a switching manner is maintained at as constant a value as possible by corresponding variation of the phase shift of the timing of the primary and secondary full bridges (or simplified half bridges). Possible Variants of the Circuit Structure As already mentioned above, the star point of the primary-side feedback capacitors can be connected functionally equal to the positive or the negative pole of the buffer voltage instead of the center of the buffer voltage, or two feedback capacitor star circuits can be connected with a positive star and connecting the other neutral point to the negative pole of the buffer voltage.

[0051] Gleiches ist auch sekundärseitig möglich, wo der Sternpunkt der Abblockkondensatoren anstelle mit dem Mittelpunkt der Ausgangsspannung funktionsgleich auch mit der positiven oder dem negativen Klemme der Ausgangsspannung verbunden werden kann, oder zwei Abblockkondensatorsternschaltungen mit Verbindung eines Sternpunktes mit der positiven und Verbindung des anderen Sternpunktes mit der negativen Klemme der Ausgangsspannung vorgesehen werden können.The same is also possible on the secondary side, where the star point of the blocking capacitors can be connected functionally equal to the positive or negative terminal of the output voltage instead of the midpoint of the output voltage, or two Abblockkondensatorsternschaltungen with connection of a neutral point with the positive and connection of the other neutral point can be provided with the negative terminal of the output voltage.

[0052] Weiters kann, um einen weiteren Freiheitsgrad für die Dimensionierung des Systems hinsichtlich des Beitrages des schaltfrequenten Gleichtaktspannungssystems und des schaltfrequenten Gegentaktspannungssystems am Leistungstransfer von der Primär- auf die Sekundärseite zur erreichen, in der Verbindung des Sternpunktes der Rückführkondensatoren mit einem Punkt der Pufferspannung ein Serienkondensator eingefügt werden; eine derartige Schaltungserweiterung ist auch sekundärseitig möglich, wobei dann ein Serienkondensator in die Verbindung des Sternpunktes der Abblockkondensatorsternschaltung mit der Ausgangsspannung zu legen ist.Furthermore, in order to achieve a further degree of freedom for the sizing of the system with respect to the contribution of the switching frequency common mode voltage system and the switching frequency push-pull system to the power transfer from the primary to the secondary side, in the junction of the neutral point of the feedback capacitors with a point of the buffer voltage Series capacitor inserted; such a circuit expansion is also possible on the secondary side, in which case a series capacitor is to be placed in the connection of the star point of the blocking capacitor star circuit with the output voltage.

[0053] Darüber hinaus ist es möglich, die Verbindung des Kondensatorsternpunktes mit der Gleichspannungsseite der zugehörigen Drehstrombrückenschaltung nur auf der Primärseite oder nur auf der Sekundärseite auszuführen. Wird z.B. die Sternpunktverbindung nur primärseitig vorgesehen, weist die Pufferspannung keine Gleichtaktspannung gegenüber Erde bzw. eine geringe Störaussendung über parasitäre Koppelkapazitäten gegen Erde auf.Moreover, it is possible to perform the connection of the capacitor star point with the DC side of the associated three-phase bridge circuit only on the primary side or only on the secondary side. If e.g. the star point connection provided only on the primary side, the buffer voltage has no common mode voltage to ground or a low interference emission via parasitic coupling capacitances to earth.

[0054] Allerdings kann dann das schaltfrequente Gleichtaktspannungssystem nicht für den Leistungstransfer von der Primär- auf die Sekundärseite genutzt werden, und eine Limitierung der schaltfrequenten Gleichtaktströme über die Rückführkondensatoren kann durch eine in Serie zu den Vorschaltinduktivitäten liegende dreiphasige Gleichtaktinduktivität vorgenommen werden.However, then the switching frequency common mode voltage system can not be used for the power transfer from the primary to the secondary side, and a limitation of the switching frequency common mode currents through the feedback capacitors can be made by a three-phase common mode inductance in series with the Vorschaltinduktivität.

[0055] Neben der vorstehenden Beschreibung zugrunde gelegten Ausführung der primär- und/oder sekundärseitigen Drehstrombrückenschaltungen mit Zweipunktcharakteristik sind auch Ausführungsformen mit Mehrpunktcharakteristik möglich, wodurch jedoch der für die schaltfrequente Potentialtrennung zur Verfügung stehende Spannungsanteil verringert wird. Desungeachtet ist diese Ausführungsvariante bei Betrieb der Vorrichtung an einer in weiten Grenzen variierenden Netzspannung oder mit in weiten Grenzen variierender Ausgangsspannung vorteilhaft, da dann für tiefe Netzspannung/ Ausgangsspannung eine Zweipunkttaktung und für hohe Netzspannung/Ausgangsspannung eine Dreipunkttaktung des jeweiligen Schaltungsteiles erfolgen kann.In addition to the above description of the embodiment of the primary and / or secondary-side three-phase bridge circuits with two-point characteristic, embodiments with multipoint characteristic are also possible, whereby, however, the voltage component available for the switching-frequency potential separation is reduced. Nevertheless, this embodiment is advantageous for operation of the device at a widely varying mains voltage or wide-ranging output voltage, since then a low-voltage / output voltage two-point clocking and high line voltage / output voltage can be done a three-point clocking of the respective circuit part.

[0056] In Ausführungsformen liegt eine funktionale Trennung der Vorschaltinduktivitäten und der Phasentransformatoren vor. Es sind dann wie für ein konventionelles Dreiphasenpulsgleichrichtersystem Vorschaltinduktivitäten anzuordnen und weiters abzweigend von den Eingangsklemmen der Brückenzweige der primärseitigen Drehstrombrückenschaltung separate Primärwicklungen von Phasentransformatoren vorzusehen und die zweiten Enden dieser Phasenprimärwicklungen über primärseitige Abblockkondensatoren an einen Sternpunkt zu führen, der mit einem Punkt der Pufferspannung verbunden wird. Wie die sekundärseitigen Abblockkondensatoren nehmen dann die primärseitigen Abblockkondensatoren niederfrequente Spannungsanteile auf und unterbinden niederfrequente Ströme durch die Primärwicklungen der Phasentransformatoren welche zu einer Vormagnetisierung bzw. Sättigung der Transformatorkerne führen könnten; es kommen somit nur schaltfrequente Spannungsanteile überden Primärwicklungen der Phasentransformatoren zu liegen. Vorteilhaft ist dann kein Luftspalt der Magnetkreise der Phasentransformatoren vorzusehen, womit kein Luftspaltstreufeld auftritt und die Hochfrequenzverluste der Phasentransformatoren verringert werden.In embodiments, there is a functional separation of the ballast inductors and the phase transformers. Then, as for a conventional three-phase pulse rectifier system, there are to be arranged ballast inductors and further branching from the input terminals of the bridge branches of the primary-side three-phase bridge circuit to provide separate primary windings of phase transformers and to pass the second ends of these phase primary windings via primary side blocking capacitors to a neutral point which is connected to a point of the buffer voltage. Like the secondary-side blocking capacitors, the primary-side blocking capacitors then take on low-frequency voltage components and suppress low-frequency currents through the primary windings of the phase transformers, which could lead to premagnetization or saturation of the transformer cores; Thus, only switching-frequency voltage components come to lie over the primary windings of the phase transformers. Advantageously, then no air gap of the magnetic circuits of the phase transformers provided, whereby no air gap scattering field occurs and the high-frequency losses of the phase transformers are reduced.

[0057] Bei relativ hoher Pufferspannung oder relativ hoher Ausgangsspannung kann nur das schaltfrequente Gleichtaktspannungssystem für den Leistungstransfer von der Primär- auf die Sekundärseite herangezogen werden. Dies ist dadurch möglich, dass die Sekundärwicklungen der Phasentransformatoren in Serie geschaltet und über einen Abblockkondensator an den Eingang einer sekundärseitigen Einphasenbrückenschaltung geführt werden, an deren Ausgang die zu bildende Ausgangsspannung auftritt. Dementsprechend ist dann auch eine Verringerung des Realisierungsaufwandes gegeben. Die Taktung der sekundärseitigen Einphasenbrückenschaltung erfolgt dabei im einfachsten Fall derart, dass an ihrem Eingang eine symmetrische Wechselspannung mit einer der primärseitigen Drehstrombrückenschaltung gleichen Schaltfrequenz gebildet wird, wobei der Leistungstransfer von der Primär- auf die Sekundärseite durch die Phasenverschiebung der sekundärseitigen Taktung gegenüber der primärseitigen Taktung eingestellt werden kann. Weiters ist im Sinn einer Minimierung von nicht zum Leistungstransfer beitragenden Stromanteilen auch eine Modulation des Tastverhältnisses der sekundärseitigen Vollbrücke derart möglich, dass für einen lokal positiven Wert der niederfrequenten Gleichtaktspannung die Breite des positiven Pulses und für einen lokal negativen Wert der niederfrequenten Gleichtaktspannung die Breite des negativen Pulses der Eingangsspannung der sekundärseitigen Vollbrücke erhöht wird.With a relatively high buffer voltage or a relatively high output voltage, only the switching-frequency common-mode voltage system can be used for the power transfer from the primary to the secondary side. This is possible because the secondary windings of the phase transformers are connected in series and fed via a blocking capacitor to the input of a secondary-side single-phase bridge circuit, at the output of which the output voltage to be formed occurs. Accordingly, a reduction of the implementation effort is then given. The timing of the secondary-side single-phase bridge circuit takes place in the simplest case such that at its input a symmetrical AC voltage with one of the primary-side three-phase bridge circuit same switching frequency is formed, the power transfer from the primary to the secondary side adjusted by the phase shift of the secondary clock compared to the primary side clocking can be. Furthermore, in the sense of minimizing current components not contributing to the power transfer, modulation of the duty cycle of the secondary full bridge is possible such that for a locally positive value of the low-frequency common mode voltage the width of the positive pulse and for a locally negative value of the low-frequency common mode voltage the width of the negative Pulse of the input voltage of the secondary side full bridge is increased.

[0058] Alternativ zur Serienschaltung der Sekundärwicklungen kann die schaltfrequente Gleichtaktspannung auch mittels einer vierten Wicklung auf dem Magnetkern einer in Serie zu den Vorschaltinduktivitäten geschalteten Dreiphasengleichtaktinduktivität abgegriffen werden, wobei die Enden dieser im Sinne des Leistungstransfers als Sekundärwicklung zu sehenden Wicklung wieder an den Eingang einer sekundärseitigen Einphasenbrückenschaltung geführt werden, deren Steuerung wie vorstehend beschrieben vorgenommen wird.As an alternative to the series connection of the secondary windings, the switching frequency common mode voltage can also be tapped by means of a fourth winding on the magnetic core of a three-phase common mode inductor connected in series with the ballast inductors, the ends of these in the sense of power transfer to be seen as a secondary winding winding back to the input of a secondary side Single phase bridge circuit are performed, the control of which is carried out as described above.

[0059] Eine weitere Alternative stellt die Anordnung eines expliziten Gleichtaktspannungstransformators dar, dessen Primärwicklung zwischen den Sternpunkt der Rückführkondensatoren und den Mittelpunkt der Pufferspannung (oder den positiven oder den negativen Pol der Pufferspannung) gelegt ist. Die Vorschaltinduktivitäten verbleiben dann ohne Sekundärwicklung. Die Sekundärwicklung des Gleichtaktspannungstransformators wird dann gleich wie für die vorstehend beschriebene Serienschaltung der Sekundärwicklungen der Phasentransformatoren über einen Abblockkondensator an den Eingang einer Einphasenbrückenschaltung geführt.Another alternative is the arrangement of an explicit common mode voltage transformer whose primary winding is placed between the neutral point of the feedback capacitors and the midpoint of the buffer voltage (or the positive or negative pole of the buffer voltage). The Vorschaltinduktivitäten then remain without secondary winding. The secondary winding of the common-mode voltage transformer is then passed through the same as for the above-described series connection of the secondary windings of the phase transformers via a blocking capacitor to the input of a single-phase bridge circuit.

[0060] Alternativ kann nur das schaltfrequente Gegentaktspannungssystem für den Leistungstransfer auf die Sekundärseite genutzt werden. Dies kann bei hoher Aussteuerung des primärseitigen Pulsgleichrichterteiles der Vorrichtung vorteilhaft sein. Dazu kann der Sternpunkt der primärseitigen Rückführkondensatoren einfach vom Mittelpunkt oder vom positiven oder negativen Pol der Pufferspannung gelöst werden und isoliert verbleiben. Durch das schaltfrequente Gleichtaktspannungssystem kann dann keine Strombildung bzw. Strombelastung der Komponenten erfolgen. Eine gleiche Schaltungsmodifikation ist dann vorteilhaft auch sekundärseitig vorzunehmen, d.h. der Sternpunkt der Abblockkondensatoren ist vom Mittelpunkt oder von der positiven oder der negativen Klemme der Ausgangsspannung zu lösen und isoliert zu belassen. Die Steuerung der Vorrichtung ist gleich wie für Verbindung der Kondensatorsternpunkte mit Pufferspannung bzw. Ausgangsspannung vorzunehmen.Alternatively, only the switching frequency push-pull voltage system can be used for the power transfer to the secondary side. This can be advantageous given high modulation of the primary-side pulse rectifier part of the device. For this purpose, the neutral point of the primary-side feedback capacitors can be easily detached from the center or from the positive or negative pole of the buffer voltage and remain isolated. By the switching frequency common mode voltage system then no current or current load of the components can be done. A similar circuit modification is then advantageous to make secondary side, i. the star point of the blocking capacitors should be disconnected from the center point or from the positive or the negative terminal of the output voltage and left isolated. The control of the device is the same as for connecting the capacitor star points with buffer voltage or output voltage.

[0061] Die Erfindung wird anhand von möglichen Ausführungsformen und ausgehende von den folgenden Abbildungen beispielhaft dargestellt. Die Abbildungen zeigen:The invention will be exemplified by means of possible embodiments and outgoing of the following figures. The pictures show:

Fig. 1 : Isolierter zweistufiger Pulsgleichrichter gemäss dem Stand der Technik.Fig. 1: Isolated two-stage pulse rectifier according to the prior art.

Fig. 2: Struktur des Leistungsteiles einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Systems.Fig. 2: Structure of the power part of an embodiment of a system according to the invention.

Fig. 3: Regelschaltung zum in Fig. 2 dargestellten Leistungsteil mit überlagerter Ausgangsspannungsregelung.Fig. 3: Control circuit for power unit shown in Fig. 2 with superimposed output voltage control.

Fig. 4: Auf die Sekundärseite bezogenes Ersatzschaltbild einer Phase zum in Fig. 2 dargestellten Leistungsteil.FIG. 4 shows an equivalent circuit diagram relating to the secondary side of a phase to the power section shown in FIG. 2.

Fig. 5: Charakteristische Zeitverläufe des Systems nach Fig.2 innerhalb einer Netzperiode.5 shows characteristic time courses of the system according to FIG. 2 within a network period.

Fig. 6: Lokaler Ausschnitt der Zeitverläufe von Transformatorspannungen und Wicklungsströmen für eine Phase aus der Schaltung nach Fig. 2.6 shows a local excerpt of the time profiles of transformer voltages and winding currents for one phase from the circuit according to FIG. 2.

Fig. 7: Variante mit einem Transformator welcher das schaltfrequente Gleichtaktspannungssystem zur Leistungs übertragung verwendet.Fig. 7: variant with a transformer which uses the switching frequency common-mode voltage system for power transmission.

Fig. 8: Variante mit in Serie geschalteten Sekundärwicklungen der Transformatoren wodurch nur das schaltfre quente Gleichtaktspannungssystem zur Leistungsübertragung verwendet wird.Fig. 8: variant with series-connected secondary windings of the transformers, whereby only the schaltfre-frequency common-mode voltage system is used for power transmission.

Fig. 9: Variante der Erfindung mit einer dreiphasen Gleichtaktdrossel mit vierter Wicklung welche als Sekundär wicklung dient wodurch das schaltfrequente Gleichtaktspannungssystem zur Leistungsübertragung verwendet wird.Fig. 9: variant of the invention with a three-phase common mode choke with fourth winding which serves as a secondary winding whereby the switching frequency common mode voltage system is used for power transmission.

Fig. 10: Variante der Erfindung mit getrennten Vorschaltinduktivitäten und 3hasenprimärwicklungen des primärseitigen Pulsgleichrichtersystems.Fig. 10: variant of the invention with separate Vorschaltinduktivitäten and 3hasenprimärwicklungen the primary-side pulse rectifier system.

[0062] Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.Basically, the same parts are provided with the same reference numerals in the figures.

[0063] Fig. 1 zeigt einen isolierten zweistufiger Pulsgleichrichter gemäss dem Stand der Technik. Schalter S1 bis S6 bilden zusammen mit La, Lb und Lc ein Pulsgleichrichtersystem welches eine Zwischenkreisspannung uZk erzeugt. Schalter S7 bis S10 bilden eine primärseitige und Schalter S11 bis S14 eine sekundärseitige Vollbrücke eines Dual Active Bridge Konverters.Fig. 1 shows an insulated two-stage pulse rectifier according to the prior art. Switches S1 to S6 together with La, Lb and Lc form a pulse rectifier system which generates an intermediate circuit voltage uZk. Switches S7 to S10 form a primary-side and switches S11 to S14 form a secondary-side full bridge of a dual active bridge converter.

[0064] Fig. 2 zeigt eine Struktur des Leistungsteiles einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Systems. Die Schalter S1 bis S6 bilden eine primärseitige Dreiphasenbrückenschaltung 4, die als Dreiphasenpulsgleichrichter betrieben werden kann, und die Schalter S7 bis S12 bilden eine sekundärseitige Dreiphasenbrückenschaltung 8.Fig. 2 shows a structure of the power part of an embodiment of a system according to the invention. The switches S1 to S6 form a primary-side three-phase bridge circuit 4 which can be operated as a three-phase pulse rectifier, and the switches S7 to S12 form a secondary-side three-phase bridge circuit 8.

[0065] Von einem Netzsternpunkt 1 ausgehend liegen Netzphasenspannungen ua, ub, uc an Netzphasenklemmen a, b, c an. Von diesen führen jeweils Vorschaltinduktivitäten 3, welche hier auch die Funktion von Phasenprimärwicklungen 3 von Transformatoren Ta, Tb, Tc haben, auf Eingänge a', b', c' von Phasenbrückenzweigen der primärseitigen Dreiphasenbrückenschaltung 4. Ströme durch diese Phasenprimärwicklungen sind mit iTa>p, iTbiP, iTCiP bezeichnet. An eine positive und eine negative Spannungsschiene der primärseitigen Dreiphasenbrückenschaltung 4 ist eine primärseitige Gleichspannungs-Pufferanordnung 5 angeschlossen, an welcher eine Pufferspannung uZk anliegt. Die Pufferanordnung 5 kann durch einen oder mehrere Kondensatoren realisiert sein. Sie kann auch durch andere spannungseinprägende Elemente realisiert sein. An die Netzphasenklemmen a, b, c ist eine Sternschaltung von Rückführkondensatoren 2 geschaltet. DerStarting from a network star point 1, mains phase voltages ua, ub, uc are applied to mains phase terminals a, b, c. Of these lead each Vorschaltinduktivitäten 3, which here also have the function of phase primary windings 3 of transformers Ta, Tb, Tc, on inputs a ', b', c 'of phase bridge branches of the primary-side three-phase bridge circuit 4. Currents through these phase primary windings are iTa> p , iTbiP, iTCiP. To a positive and a negative voltage rail of the primary-side three-phase bridge circuit 4, a primary-side DC buffer arrangement 5 is connected, to which a buffer voltage uZk is applied. The buffer arrangement 5 can be realized by one or more capacitors. It can also be realized by other voltage-influencing elements. To the power phase terminals a, b, c, a star connection of feedback capacitors 2 is connected. Of the

Sternpunkt der Sternschaltung von Rückführkondensatoren 2 kann gemäss Ausführungsformen mit dem Mittelpunkt der Pufferspannung verbunden sein. Ein optional in dieser Verbindung angeordneter Serienkondensator ist gestrichelt eingezeichnet.Star point of the star connection of feedback capacitors 2 can be connected in accordance with embodiments with the center of the buffer voltage. An optionally arranged in this connection series capacitor is shown in dashed lines.

[0066] Phasensekundärwicklungen 7 der Transformatoren Ta, Tb, Tc sind jeweils an einem ersten Ende auf Phaseneingänge der sekundärseitigen Drehstrombrückenschaltung 8 geführt. An einem zweiten Ende sind sie auf Anschlüsse einer Sternschaltung sekundärseitiger Abblockkondensatoren 6 gelegt. An eine positive und eine negative Spannungsschiene der sekundärseitigen Dreiphasenbrückenschaltung 8 ist eine sekundärseitige Ausgangspufferanordnung, hierin Form einer Ausgangskondensatoranordnung 9 angeschlossen, an welcher eine Ausgangsgleichspannung udc anliegt. Der Sternpunkt der Sternschaltung von Abblockkondensatoren 6 kann gemäss Ausführungsformen mit dem Mittelpunkt der Ausgangsgleichspannung verbunden sein. Ein optional in dieser Verbindung angeordneter Serienkondensator ist gestrichelt eingezeichnet.Phase secondary windings 7 of the transformers Ta, Tb, Tc are each guided at a first end to phase inputs of the secondary-side three-phase bridge circuit 8. At a second end they are placed on connections of a star connection secondary blocking capacitors 6. To a positive and a negative voltage rail of the secondary-side three-phase bridge circuit 8 is connected a secondary-side output buffer arrangement, here in the form of an output capacitor arrangement 9, to which a DC output voltage udc is applied. The star point of the star connection of blocking capacitors 6 can be connected according to embodiments with the center of the DC output voltage. An optionally arranged in this connection series capacitor is shown in dashed lines.

[0067] Fig. 3 zeigt eine Regelschaltung zum in Fig. 2 dargestellten Leistungsteil mit überlagerter Ausgangsspannungsregelung Gdc, Regelung der Pufferspannung GZk und unterlagerter Regelung Gd, Gq der Eingangsströme in einem rotierenden Koordinatensystem mit Momentanwinkel φ.FIG. 3 shows a control circuit for the power section shown in FIG. 2 with superimposed output voltage control Gdc, control of the buffer voltage GZk and subordinate control Gd, Gq of the input currents in a rotating coordinate system with instantaneous angle φ.

[0068] Die gemessenen Netzspannungen und Netzströme werden in ein rotierendes d/q Koordinatensystem transformiert wobei der Momentanwinkel φ der d-Achse durch eine Phasenregelschleife so bestimmt wird dass die q-Komponente der transformierten Netzspannung einen Mittelwert von 0 aufweist.The measured mains voltages and network currents are transformed into a rotating d / q coordinate system, wherein the instantaneous angle φ of the d-axis is determined by a phase-locked loop such that the q-component of the transformed mains voltage has an average value of zero.

[0069] Die gemessene Pufferkondensatorspannung uZk wird mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen und einem Regler Gzk zugeführt woraus ein Sollwert für den d-Anteil des Eingangsstromes resultiert mit welchem der gemessene d-AnteiI des Eingangsstroms verglichen und einem Regler Gd zugeführt wird. Der q-Anteil des gemessenen Eingangsstroms wird mit einem Sollwert vergleichen und einem Regler Gq zugeführt. Zu den Ausgangssignalen der Regler Gd und Gq werden die jeweiligen Spannungsabfälle an den Vorschaltinduktivitäten sowie die Netzspannung, im Sinne einer Vorsteuerung, hinzuaddiert und durch die gemessene Pufferkondensatorspannung uZk dividiert wodurch die Tastverhältnisse dd und dq resultieren, welche durch Rücktransformation in ein nichtrotierendes Koordinatensystem die Tastverhältnisse da, db, dc der drei Halbbrücken der beiden Pulsgleicherichtersysteme ergeben.The measured buffer capacitor voltage uZk is compared with a predetermined desired value and fed to a controller Gzk resulting in a desired value for the d-portion of the input current results with which the measured d-part of the input current is compared and fed to a controller Gd. The q-component of the measured input current is compared with a reference value and fed to a regulator Gq. To the output signals of the regulators Gd and Gq, the respective voltage drops at the ballast inductances and the mains voltage, in the sense of feedforward control, are added and divided by the measured buffer capacitor voltage uZk, resulting in duty cycles dd and dq which, by back transformation into a non-rotating coordinate system, provide the duty ratios , db, dc of the three half-bridges of the two pulse equalizer systems.

[0070] Die gemessene Ausgangsspannung udc wird mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen und die Differenz einem Regler Gdc zugeführt wobei das Ausgangssignal 9 des Regler einem Oszillator zugeführt wird welcher zwei dreieckförmige um den Winkel θ verschobene Trägersignale tp und ts für die Primärseite und die Sekundärseite erzeugt welche jeweils mit den Tastverhältnissen da, db, dc verschnitten werden wodurch Pulsbreitenmodulierten Ansteuersignale für die primärseitigen und sekundärseitigen Halbbrücken resultieren welche jeweils gleiche Pulsbreiten auf Primärseite und Sekundärseite aufweisen, jedoch innerhalb einer Pulsperiode um den Winkel θ verschoben sind.The measured output voltage udc is compared with a predetermined setpoint value and the difference fed to a controller Gdc wherein the output signal 9 of the controller is supplied to an oscillator which generates two triangular shaped by the angle θ carrier signals tp and ts for the primary side and the secondary side in each case with the duty ratios da, db, dc are blended whereby pulse width modulated drive signals for the primary and secondary half bridges result which each have the same pulse widths on the primary side and secondary side, but within a pulse period are shifted by the angle θ.

[0071] Fig. 4 zeigt ein auf die Sekundärseite bezogenes Ersatzschaltbild einer Phase wobei das schaltfrequente Gegentakt- und Gleichtaktspannungssystem der Primär- und Sekundärseite durch äquivalente Spannungsquellen ersetzt sind und der Phasentransformator Ta, Tb, Tc durch eine Magnetisierungsinduktivität Lm und eine Streuinduktivität Ls ersetzt ist.Fig. 4 shows a secondary side equivalent circuit diagram of a phase wherein the switching frequency push-pull and common-mode voltage systems of the primary and secondary side are replaced by equivalent voltage sources and the phase transformer Ta, Tb, Tc is replaced by a magnetizing inductance Lm and a leakage inductance Ls ,

[0072] Fig. 5 zeigt charakteristische Zeitverläufe des Systems nach Fig.2 innerhalb einer Netzperiode; Netzphasenspannungen ua, ub, uc, Netzphasenströme ia, ib, ic, sekundärseitiger Leistungstransferphasenstrom iTa.s sowie dessen lokaler Mittelwert, lokaler Mittelwert der über den Transformator Ta übertragenen Momentanwirkleistung pya sowie der Ausgangsspannung udc.FIG. 5 shows characteristic time courses of the system according to FIG. 2 within a network period; FIG. Mains phase voltages ua, ub, uc, mains phase currents ia, ib, ic, secondary side power transfer phase current iTa.s and its local mean, local mean of the transmitted via the transformer Ta instantaneous power pya and the output voltage udc.

[0073] Fig. 6 zeigt einen lokalen Ausschnitt der Zeitverläufe der primär- und sekundärseitigen Transformatorspannungen UTa,p, uTa,s sowie der resultierenden primär- und sekundärseitigen Wicklungsströme iTa,P, ha,s für eine Phase aus der Schaltung nach Fig. 2.6 shows a local excerpt of the time profiles of the primary and secondary transformer voltages UTa, p, uTa, s and of the resulting primary and secondary side winding currents iTa, P, ha, s for one phase from the circuit according to FIG. 2 ,

[0074] Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform mit getrennten Pulsgleichrichterinduktivitäten La, Lb, Lc und einem einzigen Gleichtaktspannungstransformator Tcn welcher das schaltfrequente Gleichtaktspannungssystem zur Leistungsübertragung verwendet, wobei seine Primärwicklung zwischen den Sternpunkt der Rückführkondensatoren 2 und den Mittelpunkt der Pufferspannung uZk geschaltet ist. Seine Sekundärwicklung ist in Serie mit einem Abblockkondensator 6 an die zwei Phaseneingänge einer sekundärseitigen Einphasenbrückenschaltung 8b mit Schaltern S7 bis S10 gelegt.Fig. 7 shows an embodiment with separate pulse rectifier inductances La, Lb, Lc and a single common mode voltage transformer Tcn which uses the switching frequency common mode voltage supply system with its primary winding connected between the neutral point of the flyback capacitors 2 and the midpoint of the buffer voltage uZk. Its secondary winding is connected in series with a blocking capacitor 6 to the two phase inputs of a secondary-side single-phase bridge circuit 8b with switches S7 to S10.

[0075] Zur Terminologie sei bemerkt, dass eine Einphasenbrückenschaltung so bezeichnet ist, weil sie wechselspannungsseitig an eine Phase angeschlossen ist. Diese eine Phase ist hingegen an zwei Anschlüssen respektive zwei Brückenzweigen der Brückenschaltung angeschlossen. Der Wortteil «Ein» bezieht sich also auf die Anzahl der angeschlossenen Phasen und nicht auf die Anzahl der Brückenzweige.For terminology, it should be noted that a single-phase bridge circuit is so designated because it is connected to a phase on the AC side. By contrast, this one phase is connected to two terminals or two bridge branches of the bridge circuit. The word part "on" therefore refers to the number of connected phases and not to the number of bridge branches.

[0076] Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform mit in Serie geschalteten Sekundärwicklungen der Transformatoren Ta, Tb, Tc welche auch in Serie mit einem Abblockkondensator 6 geschaltet sind. Dadurch wird nur das schaltfrequente Gleichtaktspannungssystem zur Leistungsübertragung von der Primärseite an eine sekundärseitige Einphasenbrückenschaltung 8b (hier eine Vollbrücke), gebildet von den Schaltern S7 bis S10, wird.Fig. 8 shows an embodiment with series-connected secondary windings of the transformers Ta, Tb, Tc which are also connected in series with a blocking capacitor 6. Thereby, only the switching frequency common-mode voltage system for power transmission from the primary side to a secondary-side single-phase bridge circuit 8b (here a full bridge) constituted by the switches S7 to S10 becomes.

[0077] Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform mit einer Gleichtaktdrossel Tcn mit vier Wicklungen wobei drei Wicklung zwischen die Induktivitäten La, Lb, Lc und die Rückführkondensatoren des Pulsgleichrichtersystems geschaltet sind und die verbleibende Wicklung in Reihe mit einem Abblockkondensator an eine sekundärseitige Einphasenbrückenschaltung (hier eine Vollbrücke), gebildet von S7 bis S10, geschaltet ist. Der Sternpunkt der Rückführkondensatoren ist dabei mit der positiven, der negativen, oder einer Mittelpunktsspannungsschiene der primärseitigen Gleichspannungs-Pufferanordnung verbunden.Fig. 9 shows an embodiment with a common mode choke Tcn with four windings with three winding between the inductors La, Lb, Lc and the feedback capacitors of the pulse rectifier system are connected and the remaining winding in series with a blocking capacitor to a secondary side single-phase bridge circuit (here a Full bridge), formed from S7 to S10, is switched. The star point of the feedback capacitors is connected to the positive, the negative, or a mid-point voltage rail of the primary-side DC buffer arrangement.

[0078] Fig. 10 zeigt eine Ausführung der Erfindung mit einem primärseitigen Pulsgleichrichtersystem bestehend aus den Schaltern S1 bis S6 und den Vorschaltinduktivitäten La, Lb, Lc wobei an die Eingänge der Phasenbrückenzweige weiters die ersten Anschlüsse drei Transformatoren Ta, Tb, Tc angeschlossen sind und deren zweite Anschlüsse wiederum an die ersten Anschlüsse von drei Abblockkondensatoren angeschlossen sind. Die zweiten Anschlüsse der Abblockkondensatoren sind zusammengeschaltet und mit dem Mittelpunkt, oder negativen oder positiven Bezugsschiene der Pufferspannung des Pulsgleichrichtersystems verbunden.Fig. 10 shows an embodiment of the invention with a primary-side pulse rectifier system consisting of the switches S1 to S6 and the Vorschaltinduktivitäten La, Lb, Lc wherein the inputs of the phase bridge branches further, the first terminals three transformers Ta, Tb, Tc are connected and whose second terminals are in turn connected to the first terminals of three blocking capacitors. The second terminals of the blocking capacitors are connected together and connected to the center, or negative or positive reference rail of the buffer voltage of the pulse rectifier system.

Claims (13)

Patentansprücheclaims 1. Verfahren zur potentialfreien elektrischen Energieübertragung zwischen einem primärseitigen Wechselspannungssystem (ua, ub, uc) mit einer Netzfrequenz und einem sekundärseitigen Gleichspannungssystem (udc), in welchem • durch Ansteuerung einer primärseitigen Brückenschaltung (4) an Eingängen (a1, b', c) von Phasenbrückenzweigen der primärseitigen Brückenschaltung (4) ein Spannungssystem von Phasenbrückenzweigeingangsspannungen gebildet wird, • wobei dieses Spannungssystem mindestens die folgenden Komponenten aufweist: o ein netzfrequentes Gegentaktspannungssystem, o ein schaltfrequentes Gegentaktspannungssystem, o ein schaltfrequentes Gleichtaktspannungssystem dadurch gekennzeichnet, dass • primärseitig mit dem schaltfrequenten Gegentaktspannungssystem schaltfrequente Gegentaktstromkomponenten und/oder mit dem schaltfrequenten Gleichtaktspannungssystem schaltfrequente Gleichtaktstromkomponenten gebildet werden, welche durch die primärseitige Brückenschaltung (4) fliessen, und • diese schaltfrequenten Gegentaktstromkomponenten und/oder Gleichtaktstromkomponenten durch mindestens einen Transformator auf eine Sekundärseite (6, 7, 8) transformiert werden, und zur Übertragung elektrischer Leistung an die Sekundärseite (6, 7, 8) verwendet werden.1. A method for potential-free electrical energy transmission between a primary-side AC voltage system (ua, ub, uc) with a mains frequency and a secondary-side DC system (udc), in which • by driving a primary-side bridge circuit (4) at inputs (a1, b ', c) o a mains frequency push-pull voltage system, o a switching-frequency push-pull voltage system, o a switching-frequency common-mode voltage system, characterized in that • switching-frequency on the primary side with the switching-frequency push-pull voltage system Push-pull current components and / or switching frequency common-mode current components are formed with the switching-frequency common-mode voltage system, which by the primary-side bridge circuit (4) f let, and • these switching frequency Gegentaktstromkomponenten and / or common mode components are transformed by at least one transformer to a secondary side (6, 7, 8), and used for transmitting electrical power to the secondary side (6, 7, 8). 2. Verfahren gemäss Anspruch 1, wobei • die auf die Sekundärseite (6, 7, 8) transformierten Gegentaktstromkomponenten und/oder Gleichtaktstromkomponenten mittels einer sekundärseitigen Brückenschaltung (8, 8b) durch eine Ausgangspufferanordnung (9) geführt werden.2. Method according to claim 1, wherein • the push-pull current components and / or common-mode current components transformed on the secondary side (6, 7, 8) are passed through an output buffer arrangement (9) by means of a secondary-side bridge circuit (8, 8b). 3. Verfahren gemäss Anspruch 2, wobei die primärseitige Brückenschaltung (4) und die sekundärseitige Brückenschaltung (8, 8b) mit Schaltsignalen derselben Schaltfrequenz angesteuert werden.3. The method according to claim 2, wherein the primary-side bridge circuit (4) and the secondary-side bridge circuit (8, 8b) are driven with switching signals of the same switching frequency. 4. Verfahren gemäss Anspruch 3, wobei eine Steuerung eines Leistungstransfers von der Primär- auf die Sekundärseite durch Variation einer Phasenverschiebung zwischen den Schaltsignalen der primärseitigen Brückenschaltung (4) und den Schaltsignalen der sekundärseitigen Brückenschaltung (8) geschieht.4. The method according to claim 3, wherein a control of a power transfer from the primary to the secondary side by varying a phase shift between the switching signals of the primary-side bridge circuit (4) and the switching signals of the secondary-side bridge circuit (8). 5. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, in welchem elektrische Leistung zwischen dem primärseitigen Wechselspannungssystem und einer primärseitigen Gleichspannungs-Pufferanordnung (5) mittel netzfrequenten Spannungen und Strömen ausgetauscht wird, und elektrische Leistung zwischen der primärseitigen Gleichspannungs-Pufferanordnung (5) und der Sekundärseite über den mindestens einen Transformator mittels schaltfrequenten Spannungen und Strömen ausgetauscht wird.5. The method according to any one of the preceding claims, in which electrical power between the primary-side AC voltage system and a primary-side DC buffer arrangement (5) is replaced by mains frequency voltages and currents, and electrical power between the primary-side DC buffer arrangement (5) and the secondary side over the at least one transformer is replaced by switching frequency voltages and currents. 6. Konverter, vorzugsweise zur Ausführung des Verfahrens gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, zur potentialfreien elektrischen Energieübertragung, aufweisend • Netzphasenklemmen (a, b, c) zum Anschluss an ein Wechselspannungssystem, die jeweils über Vorschaltinduktivitäten (3) an Eingänge (a1, b', c) von Phasenbrückenzweigen einer primärseitigen Brückenschaltung (4) angeschlossen sind, • wobei eine positive und eine negative Spannungsschiene der primärseitigen Brückenschaltung (4) an eine primärseitige Gleichspannungs-Pufferanordnung (5) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromkreis mit Hochpasseigenschaft zur Aufnahme von Gleichtaktströmen und/oder Gegentaktströmen, aus den Eingängen (a1, b', c) der Phasenbrückenzweigen angeordnet ist, wobei dieser Stromkreis mit Hochpasseigenschaft mindestens eine Primärwicklung eines Transformators aufweist, und mindestens eine Sekundärwicklung des Transformators eine Serienschaltung mit einem Abblockkondensator (6) bildet, und, • entweder nur eine solche Serienschaltung vorliegt, und diese Serienschaltung an einem ersten Ende an einem ersten Phaseneingang einer sekundärseitigen Brückenschaltung (8b) und an einem zweiten Ende an einem zweiten Phaseneingang der sekundärseitigen Brückenschaltung (8b) angeschlossen ist, • oder zwei oder mehr solcher Serienschaltungen vorliegen, und diese Serienschaltungen jeweils an ersten Enden an Phaseneingängen einer sekundärseitigen Brückenschaltung (8) angeschlossen sind und an zweiten Enden an einem gemeinsamen sekundärseitigen Sternpunkt angeschlossen sind.6. converter, preferably for carrying out the method according to one of claims 1 to 5, for the potential-free electrical energy transmission, comprising • mains phase terminals (a, b, c) for connection to an AC system, each via Vorschaltinduktivitäten (3) to inputs (a1, b ', c) are connected by phase bridge branches of a primary-side bridge circuit (4), wherein a positive and a negative voltage rail of the primary-side bridge circuit (4) to a primary-side DC buffer arrangement (5) are connected, characterized in that a circuit with high-pass characteristic for receiving common-mode currents and / or balanced currents, from the inputs (a1, b ', c) of the phase bridge arms, said high-pass circuit having at least one primary winding of a transformer, and at least one secondary winding of the transformer connecting in series with a blocking capacitor or (6), and, • either only one such series connection is present, and this series circuit is connected at a first end to a first phase input of a secondary-side bridge circuit (8b) and at a second end to a second phase input of the secondary-side bridge circuit (8b) , • or two or more such series circuits, and these series circuits are each connected at first ends to phase inputs of a secondary-side bridge circuit (8) and are connected at second ends to a common secondary-side star point. 7. Konverter gemäss Anspruch 6, wobei der Stromkreis mit Hochpasseigenschaft mindestens eine Sternschaltung von Rückführkondensatoren (2) aufweist, welche jeweils an ersten Anschlüssen an die Netzphasenklemmen (a, b, c) angeschlossen sind und an zweiten Anschlüssen an einem gemeinsamen primärseitigen Sternpunkt angeschlossen sind, und der Stromkreis mit Hochpasseigenschaft ferner die Vorschaltinduktivitäten (3) aufweist und jede der Vorschaltinduktivitäten (3) eine Primärwicklung bildet.7. A converter according to claim 6, wherein the circuit with high-pass characteristic at least one star circuit of feedback capacitors (2), which are respectively connected to first terminals to the mains phase terminals (a, b, c) and connected to second terminals at a common primary-side neutral point , and the high pass circuit further comprises the ballast inductances (3), and each of the ballast inductances (3) forms a primary winding. 8. Konverter gemäss Anspruch 6, wobei der Stromkreis mit Hochpasseigenschaft eine Sternschaltung von Serienschaltungen von separaten Primärwicklungen und Rückführkondensatoren (2) aufweist, wobei diese Serienschaltungen jeweils an ersten Enden an die Eingänge (a1, b', c) der Phasenbrückenzweige angeschlossen sind und an zweiten Enden an einem gemeinsamen primärseitigen Sternpunkt angeschlossen sind.8. A converter according to claim 6, wherein the circuit with high-pass characteristic comprises a star connection of series circuits of separate primary windings and feedback capacitors (2), said series circuits are connected at first ends to the inputs (a1, b ', c) of the phase bridge branches and to second ends are connected to a common primary-side neutral point. 9. Konverter gemäss Anspruch 7 oder 8, wobei der gemeinsame primärseitige Sternpunkt an einen Mittelpunkt der primärseitigen Gleichspannungs-Pufferanordnung (5) angeschlossen ist, oder an die positive, oder an die negative Spannungsschiene der primärseitigen Brückenschaltung (4).9. Converter according to claim 7 or 8, wherein the common primary-side neutral point is connected to a center of the primary-side DC buffer arrangement (5), or to the positive, or to the negative voltage rail of the primary-side bridge circuit (4). 10. Konverter gemäss Anspruch 7 oder 8, wobei der gemeinsame primärseitige Sternpunkt über eine Primärwicklung eines Gleichtaktspannungstransformators an einen Mittelpunkt der primärseitigen Gleichspannungs-Pufferanordnung (5) angeschlossen ist, oder an die positive, oder an die negative Spannungsschiene der primärseitigen Brückenschaltung (4).10. A converter according to claim 7 or 8, wherein the common primary-side neutral point is connected via a primary winding of a common-mode voltage transformer to a center of the primary-side DC buffer arrangement (5), or to the positive, or to the negative voltage rail of the primary-side bridge circuit (4). 11. Konverter gemäss Anspruch 7 oder 8, wobei der gemeinsame primärseitige Sternpunkt über einen Serienkondensator an einen Mittelpunkt der primärseitigen Gleichspannungs-Pufferanordnung (5) angeschlossen ist, oder an die positive, oder an die negative Spannungsschiene der primärseitigen Brückenschaltung (4).11. A converter according to claim 7 or 8, wherein the common primary-side neutral point is connected via a series capacitor to a center of the primary-side DC buffer arrangement (5), or to the positive, or to the negative voltage rail of the primary-side bridge circuit (4). 12. Konverter gemäss einem der Ansprüche 6 bis 11, aufweisend eine in Serie zu den Vorschaltinduktivitäten liegende dreiphasige Gleichtaktinduktivität, insbesondere mit einer vierten Wicklung auf einem Magnetkern dieser dreiphasigen Gleichtaktinduktivität, wobei diese vierte Wicklung eine Sekundärwicklung bildet.12. A converter according to one of claims 6 to 11, comprising a three-phase common mode inductance lying in series with the ballast inductances, in particular with a fourth winding on a magnetic core of this three-phase common mode inductance, this fourth winding forming a secondary winding. 13. Konverter gemäss einem der Ansprüche 6 bis 12, aufweisend zwei oder mehr der Serienschaltungen von Sekundärwicklungen mit jeweils einem Abblockkondensator (6), wobei diese Serienschaltungen an zweiten Enden an einem gemeinsamen sekundärseitigen Sternpunkt angeschlossen sind, und wobei dieser Sternpunkt, optional über einen Serienkondensator an einen Mittelpunkt einer sekundärseitigen Ausgangspufferanordnung (9) angeschlossen ist, oder an die positive, oder an die negative Spannungsschiene der sekundärseitigen Brückenschaltung (8).13. A converter according to one of claims 6 to 12, comprising two or more of the series circuits of secondary windings, each with a blocking capacitor (6), said series circuits are connected at second ends to a common secondary side star point, and wherein this neutral point, optionally via a series capacitor is connected to a center of a secondary-side output buffer arrangement (9), or to the positive, or to the negative voltage rail of the secondary-side bridge circuit (8).
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