CH714180B1 - Converter for transferring electrical energy between a DC and an AC system. - Google Patents

Converter for transferring electrical energy between a DC and an AC system. Download PDF

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CH714180B1
CH714180B1 CH01159/17A CH11592017A CH714180B1 CH 714180 B1 CH714180 B1 CH 714180B1 CH 01159/17 A CH01159/17 A CH 01159/17A CH 11592017 A CH11592017 A CH 11592017A CH 714180 B1 CH714180 B1 CH 714180B1
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Abstract

Die Erfindung betrfifft einen konverter zur Übertragung von elektrischer Energie zwischen einem Gleichspannungs-(DC-)system und einem Wechseispannungssystem. Er weist gleichspannungsseitig eine positive DC-Eingangsspannungsschiene (1) und eine negative DC-Eingangsspannungsschiene (2) und wechselspannungsseitig mindestens zwei Ausgangsphasenanschlüsse (a, b, c) auf. Dabei liegt für jeden der Ausgangsphasenanschlüsse (a, b, c) ein Phasenkonverter vor, welcher an einer ersten Seite an die positive DC-Eingangsspannungsschiene (1) und die negative DC-Eingangsspannungsschiene (2) und an einer zweiten Seite an diesen Ausgangsphasenanschluss (a; b; c) angeschlossen ist und als Hochsetz-Tiefsetzsteller ausgebildet ist. Der Konverter weist eine Regelung auf, welche dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Konverters jeden der Phasenkonverter, in Abhängigkeit eines Verhältnisses einer DC-Eingangsspannung zu Momentanwerten von an den Ausgangsphasenanschlüssen (a, b, c) zu erzeugenden Ausgangsphasenspannungen, zeitweise entweder als reinen Tiefsetzsteller oder als reinen Hochsetzsteller zu betreiben.The invention relates to a converter for the transmission of electrical energy between a direct voltage (DC) system and an alternating voltage system. It has a positive DC input voltage rail (1) and a negative DC input voltage rail (2) on the DC voltage side and at least two output phase connections (a, b, c) on the AC voltage side. There is a phase converter for each of the output phase connections (a, b, c), which is connected on a first side to the positive DC input voltage rail (1) and the negative DC input voltage rail (2) and on a second side to this output phase connection (a ; b; c) is connected and is designed as a step-up / step-down converter. The converter has a control which is designed to switch each of the phase converters during operation of the converter, depending on a ratio of a DC input voltage to instantaneous values of the output phase voltages to be generated at the output phase connections (a, b, c), at times either as a pure step-down converter or to operate as a pure step-up converter.

Description

[0001] Die leistungselektronische Konversion einer Gleichspannung in ein dreiphasiges Wechselspannungssystem (DC/AC Konversion) findet industriell z.B. in der Antriebstechnik, bei unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) und bei der Einspeisung photovoltaisch erzeugter Energie in das Dreiphasennetz breite Anwendung. The power electronic conversion of a direct voltage into a three-phase alternating voltage system (DC / AC conversion) is widely used in industry, e.g. in drive technology, in uninterruptible power supplies (UPS) and in feeding photovoltaically generated energy into the three-phase network.

[0002] Das Eingangsgleichspannungsniveau weist hierbei aufgrund der typischerweise stark vom Ladezustand abhängigen Klemmenspannung elektrochemischer Speicher oder Brennstoffzellen (Antriebstechnik oder USV) oder zufolge der Temperaturabhängigkeit der Kennlinie von Solarzellen (Photovoltaik) eine relativ grosse Schwankungsbreite auf, sodass der leistungselektronische Konverter typischerweise zweistufig, d.h. mit einem eingangsseitigen DC/DC-Hochsetzsteller, einem Spannungszwischenkreis und einem ausgangsseitigen Dreiphasen-DC/AC-Konverter (Inverter) ausgeführt wird (siehe Fig.1). Vorteilhaft kann so der, bei Leistungsfluss von der DC-Seite zur Dreiphasen-AC-Seite letztlich als Tiefsetzsteller wirkende Inverter für einen Betrieb mit konstanter Zwischenkreisspannung und damit mit minimaler Bauleistung ausgeführt werden. Weiters ist durch das gegenüber der Eingangsgleichspannung höhere Zwischenkreisspannungsniveau die Erzeugung einer relativ hohen Ausgangsspannung, welche auch unabhängig vom Batterieladezustand aufrecht erhalten werden kann, möglich, bzw. kann für Photovoltaikanlagen unabhängig von Einstrahlungsstärke und Temperatur ein Betrieb im Punkt maximaler Leistungslieferung erfolgen. In der Antriebstechnik bietet die hohe Zwischenkreisspannung den Vorteil der Beherrschung eines weiten Drehzahlbereiches einer gespeisten Wechselstrommaschine. The input DC voltage level here has a relatively large fluctuation range due to the terminal voltage of electrochemical storage or fuel cells (drive technology or UPS), which is typically strongly dependent on the state of charge, or due to the temperature dependence of the characteristic curve of solar cells (photovoltaics), so that the power electronic converter typically has two stages, ie with an input-side DC / DC step-up converter, a voltage intermediate circuit and an output-side three-phase DC / AC converter (inverter) (see Fig. 1). In this way, the inverter, which ultimately acts as a step-down converter when there is a power flow from the DC side to the three-phase AC side, can advantageously be designed for operation with a constant intermediate circuit voltage and thus with minimal construction output. Furthermore, the higher intermediate circuit voltage level compared to the DC input voltage makes it possible to generate a relatively high output voltage, which can also be maintained regardless of the state of charge of the battery, or for photovoltaic systems to operate at the point of maximum power delivery regardless of the level of irradiation and temperature. In drive technology, the high intermediate circuit voltage offers the advantage of being able to control a wide speed range of a powered AC machine.

[0003] Durch den Inverter wird aus der Zwischenkreisspannung ein dreiphasiges pulsbreitenmoduliertes Spannungssystem erzeugt und bei Realisierung eines drehzahlvariablen Antriebes im einfachsten Fall direkt an die Motorklemmen gelegt. Allerdings resultiert damit zufolge der steilen Spannungsflanken eine erhebliche Isolationsbelastung der Statorwicklungen des Motors, weiters weist der Statorstrom typischerweise einen hohen schaltfrequenten Rippel auf, der zu hohen Rotorverlusten und damit aufgrund der durch den Luftspalt beschränkten Kühlung zu einer erheblichen thermischen Belastung des Rotors führen kann. Weiters sind durch den schaltfrequenten Gleichtaktanteil der Maschinenklemmenspannungen verursachte Lagerströme, welche zu einer Zerstörung der Laufbahnen der Lager führen können, als nachteilig zu nennen. Die genannten Nachteile können durch ein dreiphasiges LC-Ausgangsfilter des Inverters, welches schaltfrequente Harmonische der pulsbreitenmodulierten Inverterausgangsphasenspannungen unterdrückt und damit einen glatten, typischerweise sinusförmigen Inverterausgangsspannungsverlauf sicherstellt, vermieden werden. The inverter generates a three-phase pulse-width-modulated voltage system from the intermediate circuit voltage and, in the simplest case, applies it directly to the motor terminals when a variable-speed drive is implemented. However, as a result of the steep voltage flanks, this results in a considerable insulation load on the stator windings of the motor, and the stator current typically has a high switching frequency ripple, which can lead to high rotor losses and, due to the cooling restricted by the air gap, to a considerable thermal load on the rotor. Furthermore, bearing currents caused by the switching-frequency common-mode component of the machine terminal voltages, which can lead to the destruction of the bearing raceways, are to be mentioned as disadvantageous. The disadvantages mentioned can be avoided by a three-phase LC output filter of the inverter, which suppresses switching-frequency harmonics of the pulse-width-modulated inverter output phase voltages and thus ensures a smooth, typically sinusoidal inverter output voltage curve.

[0004] Für USV-Systeme ist dieses LC-Ausgangsfilter in jedem Fall anzuordnen, da die angeschlossenen Wechselspannungsverbraucher i.A. mit einer, nur geringförmig von einem rein sinusförmigen Verlauf abweichenden Spannung gespeist werden müssen. Gleiches gilt für Photovoltaikanwendungen, wo das LC-Ausgangsfilter die erste Stufe eines EMV-Filters darstellt, welches die Ausbreitung schaltfrequenter elektromagnetischer Störungen (Ströme) in das Dreiphasennetz unterdrücken soll. For UPS systems, this LC output filter is to be arranged in any case, since the connected AC voltage consumers generally have to be fed with a voltage that differs only slightly from a purely sinusoidal curve. The same applies to photovoltaic applications, where the LC output filter is the first stage of an EMC filter, which is intended to suppress the propagation of switching-frequency electromagnetic interference (currents) in the three-phase network.

[0005] In diesem Kontext ist darauf hinzuweisen, dass die vorgehend beschriebene Konverterstruktur auch bei Umkehrung der Energierichtung, also für Anwendungen, bei welchen ausgehend von einer Dreiphasennetzspannung eine in weiten Grenzen schwankende Gleichspannung erzeugt werden muss, wie dies z.B. bei der Batterieladung von Elektrofahrzeugen der Fall ist, Einsatz finden kann. Der DC/DC-Hochsetzsteller arbeitet dann aufgrund der umgekehrten Energierichtung von der Zwischenkreisspannung aus gesehen als DC/DC-Tiefsetzsteller (es ist hiefür antiparallel zur Hochsetzstellerdiode ein Leistungstransistor und antiparallel zum Hochsetzstellerleistungstransistor eine Diode vorzusehen) und regelt den Leistungs- bzw. Stromfluss aus dem Zwischenkreis in die Batterie. Der Dreiphasen-AC/DC-Konverter wirkt in diesem Fall als aktiver Gleichrichter und stellt einen sinusförmigen Verlauf der aus dem Netz aufgenommenen Ströme und einen konstanten Wert der Zwischenkreisspannung sicher. In this context, it should be pointed out that the converter structure described above also when reversing the direction of energy, i.e. for applications in which, starting from a three-phase network voltage, a DC voltage that fluctuates over a wide range must be generated, as is the case, for example, when charging the battery of electric vehicles Case is, can find use. The DC / DC step-up converter then works as a DC / DC step-down converter (a power transistor antiparallel to the step-up converter diode and a diode antiparallel to the step-up converter power transistor) and regulates the power and current flow from the DC / DC step-up converter due to the opposite direction of energy Intermediate circuit in the battery. In this case, the three-phase AC / DC converter acts as an active rectifier and ensures a sinusoidal curve for the currents drawn from the network and a constant value of the intermediate circuit voltage.

[0006] Allerdings weist das Gesamtsystem mit der Induktivität des DC/DC- Hochsetzstellers, dem Zwischenkreiskondensator und der in jeder der drei Ausgangsphasen des Inverters angeordneten Filterinduktivität und Filterkapazität insgesamt einen hohen Aufwand an passiven Komponenten auf, womit ein relativ hohes Bauvolumen resultiert bzw. relativ hohe Realisierungskosten in Kauf zu nehmen sind. Weiters ist die zweistufige Energieumformung mit Blick auf hohe Energieeffizienz als nachteilig zu sehen. However, the overall system with the inductance of the DC / DC step-up converter, the intermediate circuit capacitor and the filter inductance and filter capacitance arranged in each of the three output phases of the inverter has a high overall expenditure of passive components, which results in a relatively high volume high implementation costs are to be accepted. Furthermore, the two-stage energy conversion is to be seen as disadvantageous with a view to high energy efficiency.

[0007] In der Literatur wurden daher einstufige DC/AC-Konverter vorgeschlagen welche aus drei identischen bidirektionalen DC/DC-Phasenkonvertern gebildet werden, welche eine gemeinsame negative Spannungsschiene aufweisen und ausgehend von derselben DC Speisespannung drei sinusförmig variierende, phasenverschobene offsetbehaftete, d.h. gegenüber der negativen Spannungsschiene stets positiv verbleibende Spannungen (Phasenkonverterausgangsspannungen) erzeugen. Die Unipolarität der Phasenkonverterausgangsspannungen, wird durch Verschiebung eines symmetrischen Phasensinuslastspannungssystems (welches letztlich zwischen der zugeordneten Phasenklemme und dem freien Sternpunkt der zu speisenden Dreiphasenlast auftreten soll) um einen positiven Offset in Höhe der Amplitude der Phasensinuslastspannungen gebildet. Am Ausgang eines Phasenkonverters treten damit Spannungswerte zwischen der zweifachen Amplitude der Phasensinuslastspannung und Null auf, es ist also in jeder Phase im allgemeinen Fall sowohl der Betrieb mit einem über der Eingangsspannung als auch mit einem unterhalb der Eingangsspannung liegenden Ausgangsspannungspegel zu beherrschen. Als Phasenkonverter werden daher in entsprechenden Publikationen Cuk-Konverter mit oder ohne Potentialtrennung für die Realisierung der DC/DC Konverter vorgeschlagen. In the literature, single-stage DC / AC converters have therefore been proposed which are formed from three identical bidirectional DC / DC phase converters, which have a common negative voltage rail and, based on the same DC supply voltage, three sinusoidally varying, phase-shifted offset, ie compared to the negative voltage rail always generate positive remaining voltages (phase converter output voltages). The unipolarity of the phase converter output voltages is created by shifting a symmetrical phase sine load voltage system (which should ultimately occur between the assigned phase terminal and the free star point of the three-phase load to be fed) by a positive offset equal to the amplitude of the phase sine load voltages. At the output of a phase converter, voltage values between twice the amplitude of the phase sine load voltage and zero occur, so operation with an output voltage level above the input voltage as well as with an output voltage level below the input voltage can generally be controlled in each phase. Cuk converters with or without potential separation for the implementation of the DC / DC converter are therefore proposed as phase converters in corresponding publications.

[0008] Da die seitens der Last jeweils zwischen zwei positiven Ausgangsklemmen der Cuk-DC/DC-Phasenkonverter abgegriffenen Aussenleiterspannungen der Differenz der zwei zugeordneten Phasenkonverterausgangsspannungen entsprechen, findet die für alle Phasen gleiche Offsetverschiebung in den an den Klemmen des Dreiphasenverbrauchers auftretenden Aussenleiterspannungen (Verbraucheraussenleiterspannungen) keinen Ausdruck, die Verbraucheraussenleiterspannungen weisen demgemäss einen sinusförmigen symmetrischen Verlauf auf. Since the external conductor voltages tapped by the load between two positive output terminals of the Cuk DC / DC phase converter correspond to the difference between the two associated phase converter output voltages, the offset shift, which is the same for all phases, is found in the external conductor voltages occurring at the terminals of the three-phase consumer (consumer external conductor voltages) no expression, the consumer external conductor voltages accordingly show a sinusoidal symmetrical curve.

[0009] Als Variante der oben beschriebenen Erzeugung unipolarer Ausgangsspannungen durch kontinuierliche Taktung aller drei Cuk-DC/DC-Phasenkonverter ist auch ein Steuerverfahren bekannt, für welches ein Phasenkonverterausgang jeweils für ein Drittel der Ausgangsspannungsperiode auf der negativen Spannungsschiene geklemmt verbleibt, wobei jeweils die Phase mit dem negativsten Momentanwert der zugehörigen Phasensinuslastspannung geklemmt wird und nur die beiden anderen Cuk-DC/DC-Phasenkonverter takten und Ausgangsspannungen derart erzeugen, dass gegenüber dem geklemmten Phasenausgang Ausschnitte der jeweiligen Aussenleiterspannungen erzeugt werden. Somit ist eine Reduktion der Schaltverluste des Systems möglich, weiters tritt am Ausgang eines Phasenkonverters maximal der Wert der Amplitude der Grundschwingung der zu bildenden Verbraucheraussenleiterspannung und nicht der zweifache Wert der Amplitude der Phasensinusspannung auf. As a variant of the above-described generation of unipolar output voltages by continuously clocking all three Cuk DC / DC phase converters, a control method is also known for which a phase converter output remains clamped for a third of the output voltage period on the negative voltage rail, the phase in each case is clamped with the most negative instantaneous value of the associated phase sine load voltage and only the two other Cuk DC / DC phase converters clock and generate output voltages in such a way that sections of the respective external conductor voltages are generated compared to the clamped phase output. Thus, a reduction of the switching losses of the system is possible, furthermore the value of the amplitude of the fundamental oscillation of the load line voltage to be formed and not twice the value of the amplitude of the phase sinusoidal voltage occurs at the output of a phase converter.

[0010] Für beide Steuerverfahren zeigt die Verbraucheraussenleiterspannung aufgrund der am Ausgang der Cuk-DC/DC-Phasenkonverter angeordneten Glättungskondensatoren einen glatten Verlauf. Ein für konventionelle Inverter mit pulsbreitenmodulierter Ausgangsspannung erforderliches LC-Ausgangsfilter (siehe oben) kann somit entfallen. Allerdings ist desungeachtet ein hoher Realisierungsaufwand des Gesamtsystems gegeben, da anstelle einer Hochsetzstellerinduktivität des eingangs beschriebenen konventionellen zweistufigen Systems (sieheFig.1) nun drei Eingangsinduktivitäten und anstelle der Zwischenkreiskapazität drei Kapazitäten als Kernelemente der auf kapazitivem Leistungstransfer beruhenden Cuk-DC/DC-Phasenkonverter einzusetzen sind. Weiters treten an den Leistungshalbleitern signifikant höhere, durch die Summe von Ein- und Ausgangsspannung eines Phasenkonverters und nicht entweder durch die Eingangsspannung oder die Ausgangsspannung definierte Sperrspannungsbelastungen und damit letztlich auch hohe Schaltverluste auf. Der bekannte einstufige Cuk-basierte DC/AC Konverter ist daher nur für Verbraucher mit relativ tiefem Effektivwert der Aussenleiterspannung einsetzbar und mit relativ tiefer Schaltfrequenz realisierbar, was die Möglichkeit einer Erhöhung der Schaltfrequenz zur Minimierung der Baugrösse der Filterelemente begrenzt. For both control methods, the load line-to-line voltage shows a smooth curve due to the smoothing capacitors arranged at the output of the Cuk DC / DC phase converter. An LC output filter (see above) required for conventional inverters with pulse width modulated output voltage can thus be omitted. However, there is still a high level of implementation effort for the overall system, since instead of a boost converter inductance of the conventional two-stage system described at the beginning (see Fig. 1), three input inductances and instead of the intermediate circuit capacitance three capacitances are to be used as core elements of the Cuk DC / DC phase converter based on capacitive power transfer . Furthermore, significantly higher reverse voltage loads occur on the power semiconductors, which are defined by the sum of the input and output voltage of a phase converter and not either by the input voltage or the output voltage, and thus ultimately also by high switching losses. The known single-stage Cuk-based DC / AC converter can therefore only be used for consumers with a relatively low effective value of the line-to-line voltage and can be implemented with a relatively low switching frequency, which limits the possibility of increasing the switching frequency to minimize the size of the filter elements.

[0011] Weiters wurde die Regelung der Phasenkonverter des einstufigen Systems bisher nur einschleifig ausgeführt, womit sich mit Blick auf die hohe Zahl an Energiespeichern bzw. die hohe Ordnung der Systeme eine klare Limitierung der Dynamik der Regelung der Phasenkonverterausgangsspannungen bzw. der Verbraucheraussenleiterspannungen ergibt, welche besonders für hochdynamische Antriebe mit Anforderungen an eine rasche Drehzahl- bzw. Spannungserhöhung oder Absenkung nachteilig ist. Furthermore, the regulation of the phase converter of the single-stage system has so far only been carried out in a single loop, which results in a clear limitation of the dynamics of the regulation of the phase converter output voltages or the consumer external conductor voltages with a view to the high number of energy stores and the high order of the systems is particularly disadvantageous for highly dynamic drives with requirements for a rapid increase or decrease in speed or voltage.

[0012] Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Konverter zur Übertragung von elektrischer Energie zwischen einem DC und einem AC-System zu schaffen, welcher mindestens einen der oben genannten Nachteile behebt. The object of the invention is therefore to create a converter for the transmission of electrical energy between a DC and an AC system which eliminates at least one of the disadvantages mentioned above.

[0013] Diese Aufgabe löst ein Konverter zur Übertragung von elektrischer Energie zwischen einem DC und einem AC-System gemäss den Patentansprüchen. This object is achieved by a converter for the transmission of electrical energy between a DC and an AC system according to the claims.

[0014] Der Konverter zur Übertragung von elektrischer Energie zwischen einem Gleichspannungs-(DC-)system und einem Wechselspannungs-(AC-)system, weist gleichspannungsseitig eine positive DC-Eingangsspannungsschiene und eine negative DC-Eingangsspannungsschiene und wechselspannungsseitig mindestens zwei Ausgangsphasenanschlüsse auf. Dabei liegt für jeden der Ausgangsphasenanschlüsse ein Phasenkonverter vor, welcher an einer ersten Seite an die positive DC-Eingangsspannungsschiene und die negative DC-Eingangsspannungsschiene und an einer zweiten Seite an diesen Ausgangsphasenanschluss angeschlossen ist und als Hochsetz-Tiefsetzsteller ausgebildet ist. Der Konverter weist eine Regelung auf, welche dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Konverters jeden der Phasenkonverter, in Abhängigkeit eines Verhältnisses einer DC-Eingangsspannung zu Momentanwerten von an den Ausgangsphasenanschlüssen zu erzeugenden Ausgangsphasenspannungen, zeitweise entweder als reinen Tiefsetzsteller oder als reinen Hochsetzsteller zu betreiben. The converter for transmitting electrical energy between a direct voltage (DC) system and an alternating voltage (AC) system has a positive DC input voltage rail and a negative DC input voltage rail on the DC voltage side and at least two output phase connections on the AC voltage side. There is a phase converter for each of the output phase connections, which is connected on a first side to the positive DC input voltage rail and the negative DC input voltage rail and on a second side to this output phase connection and is designed as a step-up converter. The converter has a control which is designed to operate each of the phase converters, depending on a ratio of a DC input voltage to instantaneous values of the output phase voltages to be generated at the output phase connections, temporarily either as a pure step-down converter or a pure step-up converter when the converter is in operation.

[0015] Es sind also die Phasenkonverter nicht als DC/DC-Cuk-Konverter sondern als mehrschleifig geregelte Tiefhochsetz-DC/DC-Konverter ausgeführt, wobei die Vorgabe der Sollwerte der Phasenkonverterausgangsspannungen derart erfolgt, dass einerseits ein minimaler Maximalwert der Ausgangsspannungen erforderlich ist und andererseits eine minimale Schwankung der Ströme in den Induktivitäten der Phasenkonverter resultiert. Damit können bei gegebener Schaltfrequenz kleine Induktivitätswerte und bei gegebenen Induktivitätswerten kleine Schaltfrequenzen gewählt werden bzw. geringe Schaltverluste auftreten. So there are the phase converter not designed as a DC / DC-Cuk converter but as a multi-loop regulated step-down DC / DC converter, the specification of the setpoints of the phase converter output voltages is such that on the one hand a minimum maximum value of the output voltages is required and on the other hand, a minimal fluctuation of the currents in the inductances of the phase converters results. In this way, for a given switching frequency, small inductance values can be selected and, with given inductance values, small switching frequencies can be selected, or low switching losses can occur.

[0016] In Ausführungsformen ist die Regelung dazu ausgebildet, im Betrieb des Konverters in jedem der Phasenkonverter eine Taktung von Schaltern des Phasenkonverters zeitweise auf einen eingangsseitigen Tiefsetzstellerteil oder Brückenzweig oder auf einen ausgangsseitigen Hochsetzstellerteil oder Brückenzweig des Phasenkonverters zu beschränken. In embodiments, the control is designed to limit a clocking of switches of the phase converter temporarily to an input-side step-down converter part or bridge branch or to an output-side step-up converter part or bridge branch of the phase converter when the converter is in operation.

[0017] In Ausführungsformen ist die Regelung dazu ausgebildet, im Betrieb des Konverters die Taktung aller Phasenkonverter derart vorzunehmen, dass für alle Phasenkonverter dieselbe Taktfrequenz vorliegt und eine Synchronisation der Taktung der Phasenkonverter einen in den Ausgangsphasenspannungen enthaltenen Gegentaktspannungsanteil minimiert. In embodiments, the control is designed to make the clocking of all phase converters during operation of the converter such that the same clock frequency is present for all phase converters and a synchronization of the clocking of the phase converter minimizes a push-pull voltage component contained in the output phase voltages.

[0018] In Ausführungsformen ist die Regelung dazu ausgebildet, im Betrieb des Konverters die Taktung aller Phasenkonverter derart vorzunehmen, dass für alle Phasenkonverter dieselbe Taktfrequenz vorliegt und eine Synchronisation der Taktung der Konverter einen in den Ausgangsphasenspannungen enthaltenen Gleichtaktspannungsanteil minimiert. In embodiments, the control is designed to make the clocking of all phase converters during operation of the converter such that the same clock frequency is present for all phase converters and a synchronization of the clocking of the converter minimizes a common-mode voltage component contained in the output phase voltages.

[0019] In Ausführungsformen ist die Regelung dazu ausgebildet, im Betrieb des Konverters einen Offset zur Bildung von Ausgangsphasenspannungssollwerten aus Lastphasenspannungssollwerten vorzugeben, derart, dass jeweils in einem Zeitabschnitt für denjenigen Phasenkonverter, dessen zugeordneter Lastphasenspannungssollwert den höchsten negativen Wert aufweist, ein Ausgangsphasenspannungssollwert gleich Null resultiert, womit dieser Phasenkonverter nicht getaktet werden muss und sein Ausgangsphasenanschluss an eine Referenzspannungsschiene geklemmt verbleiben kann, und der Verlauf der Ausgangsphasenspannungssollwerte von nicht geklemmten von den Phasenkonvertern durch gegenüber einem geklemmten von den Ausgangsphasenanschlüssen zu erzeugende und durch Subtraktion von jeweils zwei Lastphasenspannungssollwerten in diesem Zeitabschnitt gebildete Sollwerte von Lastaussenleiterspannungen definiert ist, sodass insgesamt wieder ein sinusförmiger Verlauf aller Lastaussenleiterspannungen vorliegt. In embodiments, the control is designed to specify an offset for the formation of output phase voltage setpoints from load phase voltage setpoints when the converter is in operation, such that an output phase voltage setpoint equal to zero results in each case in a time segment for that phase converter whose assigned load phase voltage setpoint has the highest negative value This phase converter does not have to be clocked and its output phase connection can remain clamped to a reference voltage rail, and the course of the output phase voltage setpoints of non-clamped from the phase converters through setpoint values to be generated by the output phase connections and generated by subtraction of two load phase setpoints in this time segment is defined by load outer conductor voltages, so that overall there is again a sinusoidal curve for all load outer conductor voltages t.

[0020] In Ausführungsformen sind die Phasenkonverter jeweils als kaskadierte Ab- Aufwärtswandler (Buck-Boost Converter) ausgebildet. In embodiments, the phase converters are each designed as cascaded buck-boost converters.

[0021] In Ausführungsformen sind die Phasenkonverter jeweils durch eine Schaltung realisiert, in welcher ein Brückenzweig zwischen der positiven DC-Eingangsspannungsschiene und einem zugehörigen Ausgangsphasenanschluss angeordnet ist, eine Phasenkonverterinduktivität zwischen einen Mittelpunkt des Brückenzweiges und die negative DC-Eingangsspannungsschiene geschaltet ist, eine Ausgangskapazität zwischen den Ausgangsphasenanschluss und eine gemeinsame Referenzspannungsschiene geschaltet ist, welche mit der DC-Eingangsspannungsschiene verbunden ist. In embodiments, the phase converters are each implemented by a circuit in which a bridge arm is arranged between the positive DC input voltage rail and an associated output phase connection, a phase converter inductance is connected between a center point of the bridge arm and the negative DC input voltage rail, an output capacitance between the output phase connection and a common reference voltage rail is connected, which is connected to the DC input voltage rail.

[0022] In Ausführungsformen ist in den Phasenkonvertern jeweils eine Ausgangsdiode zwischen den Ausgangsphasenanschluss und die Referenzspannungsschiene geschaltet welche eine positive Ausgangsphasenspannung am Ausgangsphasenanschluss bezüglich der Referenzspannungsschiene sicherstellt Zusätzlich zur Ausgangsdiode kann auch noch ein Schalter parallelgeschaltet werden, bzw. die Ausgangsdiode durch einen Schalter mit antiparalleler Ausgangsdiode ersetzt werden. Somit kann die Phase mit der tiefsten Spannung jeweils über ein Drittel der Periode geklemmt werden (keine Schaltverluste für diese Phase) und somit die Konvertereffizienz gesteigert werden. In embodiments, an output diode is connected between the output phase connection and the reference voltage rail in each of the phase converters, which ensures a positive output phase voltage at the output phase connection with respect to the reference voltage rail be replaced. This means that the phase with the lowest voltage can be clamped for a third of the period (no switching losses for this phase) and the converter efficiency can be increased.

[0023] In Ausführungsformen ist die Regelung dazu ausgebildet, im Betrieb des Konverters bei relativ kleinen Amplituden der Ausgangsphasenspannungen einen konstanten Offset der Ausgangsphasenspannungen so gross zu wählen, dass einerseits eine, durch zu erzeugende Lastphasenspannungen bedingte Schwankung der Ausgangsphasenspannungen symmetrisch um ein Niveau der DC-Eingangsspannung zu liegen kommt, und andererseits eine zweifache maximale Amplitude von Lastphasenspannungen nicht überschritten wird, wobei dies durch Absenken des Offsets bei hohen Amplituden der Lastphasenspannungen erreicht wird. In embodiments, the control is designed to select a constant offset of the output phase voltages so large during operation of the converter at relatively small amplitudes of the output phase voltages that on the one hand a fluctuation in the output phase voltages caused by the load phase voltages to be generated symmetrically around a level of the DC Input voltage comes to rest, and on the other hand a double maximum amplitude of load phase voltages is not exceeded, this being achieved by lowering the offset at high amplitudes of the load phase voltages.

[0024] Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch: Fig. 1: Bidirektionales dreiphasiges Hoch-Tiefsetzsteller DC/AC-Konvertersystem gemäss dem Stand der Technik mit eingangsseitigem DC/DC-Hochsetzsteller, Zwischenkreiskondensator, ausgangsseitigem Spannungszwischenkreis-Dreiphaseninverter und nachgeschaltetem LC-Ausgangsfilter zur Erzeugung einer geglätteten Dreiphasen-Ausgangswechselspannung. Fig. 2: Konvertersystem mit Anordnung je eines DC/DC-Tiefhochsetzstellers je Ausgangsphase, wobei jeder Phasenkonverter einen eingangsseitigen und einen ausgangsseitigen Brückenzweig und eine zwischen den Brückenzweigen angeordnete, für Tief- und Hochsetzstellerbetrieb verwendete Phasenkonverterinduktivität aufweist. Fig. 3: Zeitverlauf der bei Speisung einer Drehstrommaschine zu erzeugenden Phasenkonverterausgangsspannungen für(Fig. 3.1)zeitlich konstante Offsetverschiebung uoff des eigentlich zu erzeugenden Lastphasenspannungssystems in Höhe der Amplitude der Lastphasenspannung;(Fig. 3.2)bei konstanter Offsetverschiebung und zusätzlicher Überlagerung eines Wechselanteil des Offsetsignals mit dreifacher Ausgangsfrequenz und einer Phasenlage derart, dass der Maximalwert der Phasenkonverterausgangsspannungen minimiert wird;(Fig. 3.3)bei Offsetverschiebung des zu erzeugenden Lastphasenspannungssystems derart, dass für einen Phasenkonverterausgang über ein Drittel der Ausgangsperiode ein Sollwert gleich Null vorliegt, und dieser Konverter daher im Klemmzustand verbleiben kann. Fig.4: Ausführung der Phasenkonvertern mit quasi minimaler Komplexität, wobei die Ausgangsklemmen der Phasenkonverter negatives Potential zeigen, und weiters um einen einfachen Hochlauf des Systems zu ermöglichen ausgehend von den Ausgangsklemmen der Phasenkonverter Dioden gegen die Referenzspannungsschiene gelegt werden. Jeweils eine Diode parallel zu einem Ausgangskondensator kann einen parallelen Schalter aufweisen, dies ermöglicht analog zur Schaltung in Fig.2 das Klemmen der Phase mit tiefster Spannung über ein Drittel der Periodendauer und somit Reduktion der Schalt-/Konverterverluste Fig.5: Zeitverlauf der Sollwerte uout* der Phasenkonverterausgangsspannungen uout (wobei mit uout in zusammenfassender Weise die einzelnen Spannungen uan, ubn, ucn bezeichnet sind für die Konverterschaltungen nach Fig.2, welche bei gegenüber der DC-Eingangsspannung Uin kleiner Amplitude UMpk der Sollwerte der Lastphasenspannungen uM* Einsatz finden kann, um eine Minimierung der schaltfrequenten Schwankung des Stromes in der Phasenkonverterinduktivität zu erreichen (sieheFig. 5.1). InFig. 5.2ist der Zeitverlauf zugehörig der Konverterschaltung nach Fig. 4 dargestellt, welcher alternativ zu Fig. 5.1 auch für die Konverterschaltung nach Fig.2 Einsatz finden kann. 2uMpk,max bezeichnet den bei maximaler Lastphasenspannungsamplitude auftretenden Maximalwert der Phasenkonverterausgangsspannungen uout; die zugehörigen Zeitverläufe von uout sind jeweils strichliert dargestellt. Fig. 6: Vorrichtung zur Regelung der Ausgangsspannungen der Phasenkonverter um einen vorgegebenen Verlauf uM* der Lastphasenspannungen uM einzustellen, wie dies für USV Systeme oder bei der Speisung drehzahlvariabler Drehstrommaschinen benötigt wird. Die Regelung weist für jede Phase gleiche Struktur und ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur für eine Phase dargestellt. Fig. 7: Vorrichtung zur Regelung der im Zusammenwirken aller Phasenkonverter gebildeten DC-Ausgangsspannung bei Einsatz des Konvertersystems als Dreiphasenpulsgleichrichterschaltung, wobei durch eine unterlagerte Regelung ein sinusförmiger Verlauf der Netzphasenströme, jeweils in Phase mit der zugehörigen Netzphasenspannung sichergestellt wird. Die Regelung weist für jede Phase gleiche Struktur und ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur für eine Phase dargestellt. Fig. 8: Modifikation eines Teiles der Regelvorrichtungen nachFig. 6undFig. 7. Fig.9: Alternative Ausführung eines Teiles der Regelschaltung nachFig. 6bisFig. 8.In the following, the subject matter of the invention is explained in more detail on the basis of preferred exemplary embodiments which are illustrated in the accompanying drawings. They show schematically: . Fig. 2: Converter system with the arrangement of a DC / DC step-up converter for each output phase, each phase converter having an input-side and an output-side bridge arm and a phase converter inductance, which is arranged between the bridge arms and is used for step-down and step-up converter operation. Fig. 3: Time curve of the phase converter output voltages to be generated when a three-phase machine is supplied for (Fig. 3.1) a temporally constant offset shift uoff of the load phase voltage system actually to be generated in the amount of the amplitude of the load phase voltage; (Fig. 3.2) with a constant offset shift and additional superimposition of an alternating component of the offset signal with three times the output frequency and a phase position such that the maximum value of the phase converter output voltages is minimized; (Fig.3.3) with offset shifting of the load phase voltage system to be generated in such a way that a setpoint value equal to zero is present for a phase converter output over a third of the output period, and this converter is therefore in the clamped state can remain. Fig. 4: Execution of the phase converters with quasi minimal complexity, whereby the output terminals of the phase converters show negative potential, and furthermore to enable a simple start-up of the system starting from the output terminals of the phase converter diodes are placed against the reference voltage rail. One diode in each case in parallel with an output capacitor can have a parallel switch; this enables the phase with the lowest voltage to be clamped over a third of the period, analogous to the circuit in FIG * the phase converter output voltages uout (where uout in a summarizing way denotes the individual voltages uan, ubn, ucn for the converter circuits according to FIG. in order to achieve a minimization of the switching frequency fluctuation of the current in the phase converter inductance (see Fig. 5.1). In Fig. 5.2 the time course associated with the converter circuit according to Fig. 4 is shown, which can also be used for the converter circuit according to Fig. 2 as an alternative to Fig. 5.1 2uMpk, max denotes that at maximum load phase voltage amplitude occurring maximum value of the phase converter output voltages uout; the associated time courses of uout are shown in dashed lines. Fig. 6: Device for regulating the output voltages of the phase converters in order to set a predetermined curve uM * of the load phase voltages uM, as is required for UPS systems or when supplying variable-speed three-phase machines. The regulation has the same structure for each phase and is only shown for one phase for reasons of clarity. Fig. 7: Device for regulating the DC output voltage formed in the interaction of all phase converters when the converter system is used as a three-phase pulse rectifier circuit, whereby a subordinate control ensures a sinusoidal curve of the line phase currents, each in phase with the associated line phase voltage. The regulation has the same structure for each phase and is only shown for one phase for reasons of clarity. Fig. 8: Modification of part of the control devices according to Fig. 6 and Fig. 7. Fig. 9: Alternative version of a part of the control circuit according to Fig. 6bisFig. 8th.

[0025] Jeder Phasenkonverter des Systems (sieheFig. 2) weist einen zwischen der positiven DC-Eingangsspannungsschiene 1 und der negativen DC-Eingangsspannungsschiene 2 liegenden eingangsseitigen Brückenzweig 3a, 3b, 3c auf, welcher durch Serienschaltung eines oberen, typischerweise kollektor- oder drainseitig mit der positiven DC-Eingangsspannungsschiene verbundenen und eines unteren, typischerweise emitter- oder sourceseitig mit der negativen DC-Eingangsspannungsschiene verbundenen Schalter, allgemein einem Leistungstransistor realisiert wird, wobei zu beiden Transistoren eine Freilaufdiode antiparallel geschaltet ist und der beiden Transistoren gemeinsame Schaltungspunkt (Verbindung des Emitter- oder Sourceanschlusses des oberen und des Kollektor- oder Drainanschlusses des unteren Transistors) den Brückenzweigausgang 4a, 4b, 4c bildet, von welchem eine Phasenkonverterinduktivität La, Lb, Lc abzweigt, welche mit ihrem zweiten Ende an den Eingang 5a, 5b, 5c eines weiteren ausgangsseitigen Brückenzweiges 6a, 6b, 6c gelegt ist, wobei der Sourceanschluss des unteren Schalters respektive Transistors dieses Brückenzweiges mit einer Referenzspannungsschiene n und der Drainanschluss des oberen Transistors dieses Brückenzweiges mit der zugeordneten Ausgangsphasenklemme a, b, c verbunden ist, wobei zur Sicherstellung eines glatten Verlaufes der Ausgangsphasenspannung zwischen der Ausgangsphasenklemme und der Referenzspannungsschiene eine Glättungskapazität Ca, Cb, Cc gelegt ist. Die für alle Phasenkonverter gemeinsame Referenzspannungsschiene n ist schliesslich mit der negativen Schiene 2 der DC-Eingangsspannung verbunden, womit jeder Phasenkonverter die Struktur eines Tiefhochsetzsteller-DC/DC-Konverters und das gesamte dreiphasige DC/AC-Konvertersystem vorteilhaft nur drei Induktivitäten La, Lb, Lc aufweist. Each phase converter of the system (seeFig. 2) has an input-side bridge arm 3a, 3b, 3c between the positive DC input voltage rail 1 and the negative DC input voltage rail 2, which is connected in series to an upper, typically collector or drain side connected to the positive DC input voltage rail and a lower switch, typically connected on the emitter or source side to the negative DC input voltage rail, generally a power transistor, with a freewheeling diode connected in anti-parallel to both transistors and a common connection point (connection of the emitter or source connection of the upper and the collector or drain connection of the lower transistor) forms the bridge branch output 4a, 4b, 4c, from which a phase converter inductance La, Lb, Lc branches off, which with its second end to the input 5a, 5b, 5c of a further output itigen bridge branches 6a, 6b, 6c is placed, whereby the source connection of the lower switch or transistor of this bridge branch is connected to a reference voltage rail n and the drain connection of the upper transistor of this bridge branch is connected to the assigned output phase terminal a, b, c, whereby to ensure a smooth course of the output phase voltage between the output phase terminal and the reference voltage rail, a smoothing capacitance Ca, Cb, Cc is applied. The common for all phase converters reference voltage rail n is finally connected to the negative rail 2 of the DC input voltage, so that each phase converter has the structure of a step-up converter DC / DC converter and the entire three-phase DC / AC converter system advantageously only three inductors La, Lb, Lc has.

[0026] Eine Dreiphasenlast wird mit ihren Phasenklemmen an die Ausgangsphasenklemmen a, b, c der drei Phasenkonverter geschaltet und weist einen freien Sternpunkt auf, sodass nur die verketteten Phasenkonverterausgangsspannungen (Lastaussenleiterspannungen), definiert als Differenz von jeweils zwei Phasenkonverterausgangsspannungen bzw. die von einer Lastphasenklemme gegen einen Laststernpunkt gemessenen Lastphasenspannung die Bildung der Lastphasenströme bestimmt. A three-phase load is connected with its phase terminals to the output phase terminals a, b, c of the three phase converters and has a free star point, so that only the chained phase converter output voltages (load outer conductor voltages), defined as the difference between two phase converter output voltages or that of a load phase converter The load phase voltage measured against a load star point determines the formation of the load phase currents.

[0027] Die Phasenkonverterausgangsspannungen werden derart erzeugt, dass die Sollwerte der typischerweise mit Ausgangsfrequenz sinusförmig verlaufenden und ein symmetrisches Dreiphasensystem bildenden Lastphasenspannungen u_an, u_bn, u_cn mittels eines im einfachsten Fall zeitlich konstanten Offsets u_off derart zu positiven Werten verschoben werden (sieheFig.3.1), dass jede Phasenausgangsspannung einen unipolaren Verlauf, d.h. nur positive Werte bzw. minimal den Wert Null zeigt. Wie oben erwähnt, wird dieser Offset in den Lastaussenleiterspannungen nicht wirksam und bleibt damit ohne Einfluss auf die Strombildung der Last. In Ausführungsformen kann zu diesem konstanten Offset ein weiterer Offset- mit dreifacher Ausgangsfrequenz und einer Amplitude und Phase derart addiert werden, dass die Unipolarität der Ausgangsphasenspannungen mit einem Minimalwert des konstanten Offsets sichergestellt ist, womit die Spannungsbelastung der Transistoren der ausgangsseitigen Brückenzweige 6a, 6b, 6c der Phasenkonverter bei definierter zu erzeugender Lastphasenspannungsamplitude minimiert werden kann(sieheFig.3.2). The phase converter output voltages are generated in such a way that the setpoint values of the load phase voltages u_an, u_bn, u_cn, which typically run sinusoidally with an output frequency and form a symmetrical three-phase system, are shifted to positive values by means of an offset u_off that is constant over time in the simplest case (see Fig. 3.1), that every phase output voltage shows a unipolar curve, ie only positive values or minimally the value zero. As mentioned above, this offset is not effective in the load line voltages and therefore has no influence on the current generation of the load. In embodiments, a further offset with three times the output frequency and an amplitude and phase can be added to this constant offset in such a way that the unipolarity of the output phase voltages is ensured with a minimum value of the constant offset, thus reducing the voltage load on the transistors of the output-side bridge branches 6a, 6b, 6c the phase converter can be minimized with a defined load phase voltage amplitude to be generated (see Fig. 3.2).

[0028] Bezüglich der Taktung der ein- und ausgangsseitigen Brückenzweige 6a, 6b, 6c der Phasenkonverter ist anzumerken, dass in Bereichen, in welchen eine über der DC-Eingangsspannung liegende Phasenkonverterausgangsspannung erzeugt werden muss, der obere Schalter respektive Leistungstransistor des eingangsseitigen Brückenzweiges 3a, 3b, 3c eines Phasenkonverters durchgeschaltet verble<iben kann, und nur der ausgangsseitige Brückenzweig 6a, 6b, 6c getaktet wird. Die Spannungsübersetzung des Konverters entspricht dann für Leistungsfluss von der DC-Eingangsspannung zur Phasenkonverterausgangsspannung jener eines Hochsetzstellers, wobei die Phasenkonverterinduktivität La, Lb, Lc als Hochsetzstellerinduktivität, der untere Leistungstransistor des ausgangsseitigen Brückenzweiges 6a, 6b, 6c als Hochsetzstellertransistor und die antiparallele Diode des oberen Leistungstransistors als Hochsetzstellerfreilaufdiode wirkt, wobei in Ausführungsformen stets auch der obere Leistungstransistor durchgeschaltet wird, d.h. die Leistungstransistoren des ausgangsseitigen Brückenzweiges 6a, 6b, 6c im Gegentakt betrieben werden. Da zu allen Leistungstransistoren antiparallele Dioden angeordnet sind, kann dann auch ein Leistungsfluss von der Phasenkonverterausgangsspannung in die DC-Eingangsspannung erfolgen, wobei die Funktion des Phasenkonverters in diesem Fall der eines zwischen Phasenkonverterausgangsspannung und DC-Eingangsspannung liegenden Tiefsetzstellers entspricht. With regard to the timing of the input and output-side bridge branches 6a, 6b, 6c of the phase converter, it should be noted that in areas in which a phase converter output voltage above the DC input voltage must be generated, the upper switch or power transistor of the input-side bridge branch 3a, 3b, 3c of a phase converter can remain switched through, and only the output-side bridge branch 6a, 6b, 6c is clocked. The voltage translation of the converter then corresponds to that of a step-up converter for power flow from the DC input voltage to the phase converter output voltage, with the phase converter inductance La, Lb, Lc as the step-up converter inductance, the lower power transistor of the output-side bridge arm 6a, 6b, 6c as the step-up converter transistor and the top parallel transistor acts as a boost converter freewheeling diode, with the upper power transistor always being switched through in embodiments, ie the power transistors of the output-side bridge arm 6a, 6b, 6c being operated in push-pull mode. Since anti-parallel diodes are arranged with all power transistors, a power flow can then also take place from the phase converter output voltage into the DC input voltage, the function of the phase converter in this case corresponding to that of a step-down converter located between the phase converter output voltage and the DC input voltage.

[0029] In Bereichen, in welchen eine unterhalb der DC-Eingangsspannung liegende Phasenkonverterausgangsspannung erzeugt werden muss, verbleibt in Ausführungsformen der obere Leistungstransistor des ausgangsseitigen Brückenzweiges 6a, 6b, 6c des Phasenkonverters durchgeschaltet, und die Taktung wird auf den eingangsseitigen Brückenzweig 3a, 3b, 3c beschränkt. Die Spannungsübersetzung des Konverters entspricht dann für Leistungsfluss von der DC-Eingangsspannung zur Phasenkonverterausgangsspannung jener eines Tiefsetzstellers, wobei die Phasenkonverterinduktivität als Tiefsetzstellerinduktivität, der obere Leistungstransistor des eingangsseitigen Brückenzweiges 3a, 3b, 3c als Tiefsetzstellertransistor und die zum unteren Leistungstransistor antiparallel liegende Diode als Tiefsetzstellerfreilaufdiode wirkt, wobei in Ausführungsformen stets auch der untere Leistungstransistor durchgeschaltet, d.h. die Leistungstransistoren des eingangsseitigen Brückenzweiges 3a, 3b, 3c im Gegentakt betrieben werden. Da zu allen Leistungstransistoren antiparallele Dioden angeordnet sind, kann dann auch ein Leistungsfluss von der Phasenkonverterausgangsspannung in die DC-Eingangsspannung erfolgen, wobei die Funktion des Phasenkonverters in diesem Fall der eines zwischen Phasenkonverterausgangsspannung und DC-Eingangsspannung liegenden Hochsetzstellers entspricht. In areas in which a phase converter output voltage below the DC input voltage has to be generated, in embodiments the upper power transistor of the output-side bridge arm 6a, 6b, 6c of the phase converter is switched through, and the clocking is switched to the input-side bridge arm 3a, 3b, 3c limited. The voltage translation of the converter then corresponds to the power flow from the DC input voltage to the phase converter output voltage that of a buck converter, whereby the phase converter inductance acts as buck converter inductance, the upper power transistor of the input-side bridge arm 3a, 3b, 3c acts as buck converter transistor and the diode parallel to the lower power converter acts as a buck converter transistor. wherein in embodiments the lower power transistor is always switched through, ie the power transistors of the input-side bridge arm 3a, 3b, 3c are operated in push-pull mode. Since anti-parallel diodes are arranged with all power transistors, a power flow can then also take place from the phase converter output voltage into the DC input voltage, the function of the phase converter in this case corresponding to that of a step-up converter located between the phase converter output voltage and the DC input voltage.

[0030] Hinsichtlich der Taktung aller Phasenkonverter sei darauf hingewiesen, dass in Ausführungsformen für alle Phasenkonverter dieselbe Taktfrequenz gewählt wird und eine Synchronisation der Taktung der Konverter derart erfolgt, dass der in den Phasenkonverterausgangsspannungen enthaltene Gegentaktspannungsanteil, welcher zu schaltfrequenten Ströme und damit ggf. zu Hochfrequenzverlusten in der angeschlossenen Dreiphasenlast führt, minimiert wird, d.h. schaltfrequente Änderungen der Phasenkonverterausgangsspannungen vor allem als Gleichtaktkomponenten gebildet werden, welche für alle Phasenausgänge eine gleichartige Spannungsverschiebung gegenüber der Referenzspannungsschiene bewirken. With regard to the clocking of all phase converters, it should be noted that in embodiments the same clock frequency is selected for all phase converters and the clocking of the converters is synchronized in such a way that the push-pull voltage component contained in the phase converter output voltages, which is the switching-frequency currents and thus possibly high-frequency losses leads in the connected three-phase load, is minimized, ie switching-frequency changes in the phase converter output voltages are mainly formed as common-mode components, which cause a voltage shift of the same type compared to the reference voltage rail for all phase outputs.

[0031] Für Verbraucher, welche insbesondere gegenüber hochfrequenten Gleichtaktverschiebungen sensitiv sind, kann andererseits eine Synchronisierung der wieder mit gleicher Taktfrequenz arbeitenden Phasenkonverter derart vorgenommen werden, dass die schaltfrequenten Gleichtaktspannungen minimiert werden, wobei dann allerdings eine höhere Gegentaktkomponente der Phasenkonverterausgangspannungen in Kauf zu nehmen ist. For consumers who are particularly sensitive to high-frequency common-mode shifts, on the other hand, the phase converters operating again at the same clock frequency can be synchronized in such a way that the switching-frequency common-mode voltages are minimized, although a higher differential-mode component of the phase converter output voltages must then be accepted.

[0032] Ein zuFig.3.1undFig.3.2alternativer Verlauf des Offsets ist derart definiert, dass für den Phasenkonverter, dessen zugeordnete Lastphasenspannung den höchsten negativen Wert aufweist, ein Ausgangsphasenspannungssollwert gleich Null resultiert (sieheFig.3.3), womit dieser Phasenkonverter nicht getaktet werden muss, bzw. die zugehörige Ausgangsphasenklemme an die Referenzspannungsschiene geklemmt verbleiben kann, was für die oben beschriebene Phasenkonvertertopologie (sieheFig.2) einfach durch gleichzeitiges Durchschalten des oberen und des unteren Leistungstransistors des ausgangsseitigen Brückenzweiges 6a, 6b, 6c erreicht werden kann. Vorteilhaft ist dann auch der untere Leistungstransistor des eingangsseitigen Brückenzweiges 3a, 3b, 3c durchzuschalten. Der Verlauf der Ausgangsspannungssollwerte der beiden anderen Phasenkonverter wird dann direkt durch die gegenüber der geklemmten Phase zu erzeugenden und durch Subtraktion von jeweils zwei Lastphasenspannungssollwerten zu bildenden Ausschnitte der Sollwerte der Lastaussenleiterspannungen definiert, sodass insgesamt wieder ein sinusförmiger Verlauf aller drei Lastaussenleiterspannungen erreicht wird. Da die Klemmung zyklisch zwischen den Phasen weitergereicht wird, bleibt jede Phase bei Erzeugung eines sinusförmigen symmetrischen Lastphasenspannungssystems für ein Drittel der Lastphasenspannungsperiode geklemmt und somit ohne Schaltverluste, womit eine Erhöhung der Effizienz der Energieübertragung erreicht wird. An alternative course of the offset in Fig.3.1undFig.3.2 is defined in such a way that an output phase voltage setpoint value equal to zero results for the phase converter whose assigned load phase voltage has the highest negative value (see Fig.3.3), so that this phase converter does not have to be clocked , or the associated output phase terminal can remain clamped to the reference voltage rail, which can be achieved for the phase converter topology described above (see Fig. 2) simply by simultaneously switching through the upper and lower power transistor of the output-side bridge arm 6a, 6b, 6c. The lower power transistor of the input-side bridge branch 3a, 3b, 3c is then also advantageously switched through. The course of the output voltage setpoints of the two other phase converters is then defined directly by the sections of the setpoints of the load external conductor voltages to be generated in relation to the clamped phase and to be formed by subtracting two load phase voltage setpoints each, so that overall a sinusoidal profile of all three load external conductor voltages is achieved again. Since the clamping is passed cyclically between the phases, each phase remains clamped for a third of the load phase voltage system when a sinusoidal symmetrical load phase voltage system is generated and thus without switching losses, which increases the efficiency of the energy transmission.

[0033] Hinsichtlich der Realisierung der Phasenkonverter ist anzumerken, dass neben der vorstehend beschriebenen Ausführung eine Reihe vorteilhafter Modifikationen bestehen: So kann in Ausführungsformen der ein- und/oder ausgangsseitige Brückenzweig vorteilhaft in Multilevelstruktur, also z.B. als Flying Capacitor Multilevelbrückenzweig ausgeführt werden, womit für die Einstellung der Spannungsübersetzung zwischen DC-Eingangsspannung und Phasenkonverterausgangsspannung eine höhere Zahl von Spannungsniveaus zur Verfügung steht, womit ein geringerer schaltfrequenter Rippel der Ströme in den Phaseninduktivitäten auftritt.With regard to the implementation of the phase converter, it should be noted that in addition to the design described above, there are a number of advantageous modifications: In embodiments, the input and / or output-side bridge branch can advantageously be implemented in a multilevel structure, so for example as a flying capacitor multilevel bridge branch, which for The setting of the voltage translation between the DC input voltage and the phase converter output voltage means that a higher number of voltage levels is available, which means that the switching frequency ripple of the currents in the phase inductances is lower.

[0034] Weiters können in Ausführungsformen die Phasenkonverter durch mehrere parallele, phasenversetzt getaktete Systeme realisiert werden, womit der in die Ausgangskapazität gespeiste und der aus der DC-Eingangsspannung bezogene Strom verglichen mit einem Einzelsystem vorteilhaft eine höhere effektive Frequenz und eine kleinere Schwankung aufweist. Furthermore, in embodiments, the phase converter can be implemented by several parallel, phase-shifted clocked systems, so that the current fed into the output capacitance and the current drawn from the DC input voltage advantageously has a higher effective frequency and a smaller fluctuation compared to a single system.

[0035] Ein Konvertersystem in Ausführungsformen mit Phasenkonvertern von relativ geringer Komplexität ist inFig.4gezeigt, wobei in jeder Phase zur Realisierung des bidirektionalen DC/DC-Tiefhochsetzstellers nur ein Brückenzweig zwischen der positiven Klemme der DC-Eingangsspannung und der zugehörigen Ausgangs- bzw. Lastphasenklemme angeordnet ist und die zugehörige Phasenkonverterinduktivität vom Mittelpunkt des Brückenzweiges gegen die Referenzspannungsschiene geschaltet ist. Funktionsbedingt weist dann die Referenzspannungsschiene positives Potential auf bzw. zeigen die Ausgangsklemmen der Phasenkonverter negatives Potential, was bei der Vorgabe der Sollwerte der Ausgangsphasenspannungen zu berücksichtigen ist (es wird also die Spannungszählung ausgehend von der Referenzspannungsschiene gegen die Phasenklemmen vorgenommen). Um einen einfachen Hochlauf des Systems zu ermöglichen können in Ausführungsformen weiters ausgehend von den Ausgangsklemmen der Phasenkonverter Dioden gegen die Referenzspannungsschiene gelegt werden. Entsprechend einer Klemmschaltung wird dann bei Vorliegen einer aktiven Dreiphasenlast oder bei Anschluss eines Dreiphasennetzes anstelle einer Dreiphasenlast eine Polaritätsumkehr der Phasenkonverterausgangsspannungen unterbunden und in einem breiten Intervall der Ausgangsperiode ohne Taktung der Leistungstransistoren eine positive Ausgangsspannung sichergestellt, welche für den Hochlauf des Systems genutzt werden kann. Zusätzlich zur jeder Ausgangsdiode kann auch noch jeweils ein Schalter parallelgeschaltet werden, bzw. die Ausgangsdiode durch einen Schalter mit antiparalleler Ausgangsdiode ersetzt werden. Somit kann wie für die Schaltung nach Fig. 2 die Phase mit der tiefsten Spannung jeweils über ein Drittel der Periode geklemmt werden (keine Schaltverluste für diese Phase) und somit die Konvertereffizienz gesteigert werden. A converter system in embodiments with phase converters of relatively low complexity is shown inFig.4, with only one bridge arm between the positive terminal of the DC input voltage and the associated output or load phase terminal in each phase to implement the bidirectional DC / DC buck converter is arranged and the associated phase converter inductance is connected from the midpoint of the bridge arm to the reference voltage rail. Depending on the function, the reference voltage rail then has a positive potential or the output terminals of the phase converters show negative potential, which must be taken into account when specifying the setpoint values for the output phase voltages (i.e. the voltage is counted starting from the reference voltage rail against the phase terminals). In order to enable a simple start-up of the system, in embodiments, furthermore, starting from the output terminals of the phase converter, diodes can be placed against the reference voltage rail. Corresponding to a clamping circuit, when there is an active three-phase load or when a three-phase network is connected instead of a three-phase load, a polarity reversal of the phase converter output voltages is prevented and a positive output voltage is ensured in a wide interval of the output period without clocking the power transistors, which can be used to start up the system. In addition to each output diode, a switch can also be connected in parallel, or the output diode can be replaced by a switch with an anti-parallel output diode. Thus, as for the circuit according to FIG. 2, the phase with the lowest voltage can be clamped over a third of the period (no switching losses for this phase) and the converter efficiency can thus be increased.

[0036] Anzumerken ist, dass für Phasenkonverter mit einem ein- und ausgangsseitigen Brückenzweig (sieheFig.2) die Freilaufdioden des ausgangsseitigen Brückenzweiges während des Hochlaufs als Klemmdioden wirken und daher keine expliziten weiteren Dioden vorzusehen sind. It should be noted that for phase converters with an input and output-side bridge arm (seeFig.2), the free-wheeling diodes of the output-side bridge arm act as clamping diodes during startup and therefore no explicit additional diodes need to be provided.

[0037] Für Einsatz des Systems nachFig.2oderFig.4für die Speisung einer an den Ausgangsphasenklemmen liegenden Drehstrommaschine (Last) sind abhängig von der Drehzahl der Maschine verschiedene Amplituden der Lastphasenspannung bzw. verschiedene Amplituden der zugeordneten Phasenkonverterausgangsspannungen zu erzeugen, wobei typischerweise bei höchster Drehzahl die höchsten Amplitudenwerte auftreten, für welche die Leistungshalbleiter des ausgangsseitigen Brückenzweiges auszulegen sind. For use of the system nachFig.2oderFig.4 for the supply of a three-phase machine (load) lying at the output phase terminals, different amplitudes of the load phase voltage or different amplitudes of the assigned phase converter output voltages are to be generated depending on the speed of the machine, typically at the highest speed highest amplitude values occur for which the power semiconductors of the output-side bridge arm are to be designed.

[0038] Vorteilhaft kann nun für die Schaltung nachFig.2bei tiefen Drehzahlen, bzw. relativ kleinen Amplituden der Phasenkonverterausgangsspannungen der konstante Offset so gross gewählt werden, dass einerseits die, durch die zu erzeugenden Lastphasenspannungen bedingte Schwankung der Phasenkonverterausgangsspannungen symmetrisch um das Niveau der DC-Eingangsspannung zu liegen kommt, und andererseits die der maximalen Drehzahl zugeordnete zweifache maximale Amplitude der Lastphasenspannung nicht überschritten wird, wobei dies durch entsprechendes Absenken des Offsets bei hohen Amplituden der Lastphasenspannungen erreicht wird. Wie inFig.5.1gezeigt, weisen die Sollwerte der Phasenkonverterausgangspannungen dann typischerweise Minimalwerte deutlich grösser als Null auf und die Ströme in den Phasenkonverterinduktivitäten zeigen einen relativ geringen Rippel, da dann der ein- und der ausgangsseitige Brückenzweig abwechselnd mit Tastverhältnissen nahe Eins arbeiten (d.h. die jeweils oberen Leistungstransistoren nahezu beständig durchgeschaltet sind) was bekanntermassen in einer geringen schaltfrequenten Schwankung des Stromes in der Phasenkonverterinduktivität resultiert, was wiederum in niedrigen Hochfrequenzverlusten Ausdruck findet. Auch unter Berücksichtigung der dann aufgrund der höheren geschalteten Phasenkonverterausgangsspannung höheren Schaltverluste des ausgangsseitigen Brückenzweiges ist somit eine Verbesserung der Effizienz der Energieübertragung erreichbar. Advantageously, for the circuit according to FIG. 2, at low speeds or relatively small amplitudes of the phase converter output voltages, the constant offset can be selected so large that on the one hand the fluctuation in the phase converter output voltages caused by the load phase voltages to be generated symmetrically around the level of the DC Input voltage comes to rest, and on the other hand the double maximum amplitude of the load phase voltage assigned to the maximum speed is not exceeded, this being achieved by a corresponding lowering of the offset at high amplitudes of the load phase voltages. As shown in Fig. 5.1, the nominal values of the phase converter output voltages then typically have minimum values significantly greater than zero and the currents in the phase converter inductances show a relatively low ripple, since the input and output bridge branches then alternately operate with duty cycles close to one (i.e. each upper power transistors are switched through almost continuously) which is known to result in a low switching frequency fluctuation of the current in the phase converter inductance, which in turn is expressed in low high-frequency losses. Even taking into account the higher switching losses of the output-side bridge branch due to the higher switched phase converter output voltage, an improvement in the efficiency of the energy transmission can thus be achieved.

[0039] Für die Schaltung nachFig.4sind die Phasenkonverterausgangsphasenspannungen im Gegensatz zu Fig.5.1 stets möglichst tief, d.h. der konstante Offset unabhängig von der Amplitude der Lastphasenspannung bzw. Maschinendrehzahl möglichst klein zu halten, also nur so gross zu wählen, dass als minimaler Spannungswert Null auftritt (sieheFig.5.2). Dies deshalb, da dann die oberen Leistungstransistoren der eingangsseitigen Brückenzweige der Phasenkonverter geringe relative Einschaltdauern aufweisen, was wieder in einer geringen Schwankung der Ströme in den Phasenkonverterinduktivitäten resultiert. For the circuit according to FIG. 4, the phase converter output phase voltages are always as low as possible, in contrast to FIG Zero occurs (see Fig. 5.2). This is because the upper power transistors of the input-side bridge arms of the phase converters then have low relative switch-on times, which in turn results in a low fluctuation of the currents in the phase converter inductances.

[0040] Eine kaskadierte Regelung des dreiphasigen Konvertersystems nachFig.2ist inFig.6gezeigt. Die Regelschaltung ist für jede Phase gleichartig und im der Sinne der Übersichtlichkeit nur für eine Phase gezeigt. Spannungen werden, wie eingetragen gegenüber der Referenzspannungsschiene n bzw. der negativen Schiene DC- der DC-Eingangsspannung Uin gemessen. A cascaded control of the three-phase converter system according to FIG. 2 is shown in FIG. The control circuit is of the same type for each phase and, for the sake of clarity, is only shown for one phase. As entered, voltages are measured against the reference voltage rail n or the negative rail DC- of the DC input voltage Uin.

[0041] Der Sollwert einer Phasenkonverterausgangsspannung uout* wird durch Addition des typischerweise sinusförmig verlaufenden Sollwertes uM* der zugehörigen Lastphasenspannung uM einer gespeisten Dreiphasenlast (z.B. einer elektrischen Maschine M) und des für alle Phasen gleichen Sollwert uoff* des Offsets uoff gebildet, welcher typischerweise durch Addition eines über die Ausgangsperiode konstanten Anteils uoffDC* und eines mit dreifacher Ausgangsfrequenz schwankenden Anteils uoffAC* erzeugt wird. Vorteilhaft wird der Zeitverlauf von uoff* derart gewählt, dass uout* für ein vorgegebenes zu erzeugendes Lastphasenspannungssystems uM* auf möglichst tiefe Werte beschränkt bleibt, wodurch auch die Sperrspannungsbeanspruchung und die Schaltverluste der ausgangsseitigen Brückenzweige BB der Phasenkonverter minimiert werden. Dies schliesst eine Vorgabe von uoff* derart ein, dass jeweils ein Phasenkonverter über ein Drittel der Ausgangsperiode im geklemmten Zustand vorbleibt, d.h. uout* entsprechend breite Intervalle mit uout*=0 aufweist. The setpoint of a phase converter output voltage uout * is formed by adding the typically sinusoidal running setpoint uM * of the associated load phase voltage uM of a fed three-phase load (e.g. an electrical machine M) and the setpoint uoff * of the offset uoff, which is the same for all phases, which is typically by Addition of a component uoffDC * that is constant over the output period and a component uoffAC * that fluctuates at three times the output frequency is generated. The time course of uoff * is advantageously chosen in such a way that uout * remains limited to the lowest possible values for a specified load phase voltage system uM * to be generated, which also minimizes the blocking voltage stress and the switching losses of the output-side bridge branches BB of the phase converters. This includes a specification of uoff * such that a phase converter remains in the clamped state for a third of the output period, i.e. uout * has correspondingly wide intervals with uout * = 0.

[0042] Der Phasenkonverterausgangsspannungssollwert uout* wird mit dem gemessenen Istwert der Phasenkonverterausgangsspannung verglichen und die Regelabweichung Deltauout einem Phasenkonverterausgangsspannungsregler Ruout zugeführt, an dessen Ausgangs der zur Korrektur von Deltauout erforderliche Ausgangskondensatorsstromsollwert iCout* gebildet wird, welcher durch eine Vorsteuerung des gemessenen zugehörigen Lastphasenstromes iLoad den Ausgangsstrom i des ausgangsseitigen Brückenzweiges BB des Phasenkonverters bestimmt, der durch Division durch die relative Einschaltdauer dB des oberen Transistors T3 dieses Brückenzweiges in einen Sollwert iL* des Stromes iL in der Phasenkonverterinduktivität L umgerechnet werden kann. Durch Vergleich von iL* mit dem gemessenen Istwert iL wird anschliessend die Regelabweichung DeltaiL des Stromes in L gebildet und einem Phaseninduktivitätsstromregler RiL zugeführt, welcher an seinem Ausgang die zur Korrektur der Regelabweichung DeltaiL erforderliche Sollwert uL* der an L zu legenden Spannung bildet. The phase converter output voltage setpoint uout * is compared with the measured actual value of the phase converter output voltage and the control deviation Deltauout is fed to a phase converter output voltage regulator Ruout, at the output of which the output capacitor required to correct Deltauout the output capacitor current setpoint iCout * measured, which is formed by a pre-load current control of the measured iCout * i of the output-side bridge arm BB of the phase converter is determined, which can be converted into a target value iL * of the current iL in the phase converter inductance L by dividing it by the relative switch-on duration dB of the upper transistor T3 of this bridge arm. By comparing iL * with the measured actual value iL, the control deviation DeltaiL of the current in L is then formed and fed to a phase inductance current controller RiL, which at its output forms the setpoint uL * of the voltage to be applied to L, which is required to correct the control deviation DeltaiL.

[0043] Ausgehend von der Annahme eines Betriebes mit kontinuierlich durchgeschaltetem oberen Transistor T3 des ausgangsseitigen Brückenzweiges BB, welcher durch das Auftreten von uout an der Eingangsklemme B von BB und damit auch am ausgangsseitigen Ende von L gekennzeichnet ist, ist dann der Sollwert uA* der an das eingangsseitige Ende A von L zu legenden bzw. am Ausgangs A des eingangsseitigen Brückenzweiges BA zu erzeugenden Spannung uA durch Addition von uL* und uout zu erhalten. Das Tastverhältnis dA, d.h. die relative Einschaltdauer des oberen Transistors T1 von BA wird dann einfach im Sinne einer Tiefsetzstellerfunktion von BB durch Division von uA* und des Istwertes der DC-Eingangsspannung Vin erhalten. Based on the assumption of an operation with continuously switched through upper transistor T3 of the output-side bridge arm BB, which is characterized by the occurrence of uout at the input terminal B of BB and thus also at the output end of L, the setpoint is then uA * the to be applied to the input-side end A of L or to be obtained at the output A of the input-side bridge branch BA voltage uA by adding uL * and uout. The duty cycle dA, i.e. the relative switch-on duration of the upper transistor T1 of BA, is then simply obtained in the sense of a buck converter function from BB by dividing uA * and the actual value of the DC input voltage Vin.

[0044] Da dA auf Werte zwischen Null und Eins beschränkt ist, ist uA* entsprechend nach oben durch Uin und nach unten durch den Wert Null zu begrenzen. Vorteilhaft kann zufolge dieser Begrenzung auch die relative Einschaltdauer des Brückenzweiges BB einfach generiert werden, indem von uA* die gemessene DC-Eingangsspannung Uin subtrahiert wird. Die so erhaltene Differenz Delta uA* wird nach unten durch den Wert Null und nach oben durch uout begrenzt, was den physikalisch einstellbaren Grenzen von uA entspricht. Tritt nun ein positiver Wert DeltauA* auf, bedeutet dies letztlich, dass BB den über L für korrekte Stromregelung zu erzeugenden Spannungswert uL* auch bei Maximalaussteuerung von BA mit dA=1 bzw. uA=Uin nicht erzeugen kann. Entsprechend darf dann der Eingang B von BB nicht weiter das Tastverhältnis dB=1 aufweisen bzw. darf T3 nicht mehr wie oben angenommen dauerhaft im durchgeschalteten Zustand verbleiben. Der Eingang B ist also spannungsmässig um DeltauA* abzusenken, bzw. letztlich ein Sollwert uB* der an B zu erzeugenden Spannung gemäss einer Subtraktion des begrenzten Wertes von uA* von uout zu bilden, wobei das Tastverhältnis dB von BB dann mit Blick auf die Tiefsetzstellerfunktion von BB von uout nach uB durch Division von uB* durch uout zu erhalten. Since dA is limited to values between zero and one, uA * is to be limited accordingly upwards by Uin and downwards by the value zero. As a result of this limitation, the relative switch-on duration of the bridge branch BB can also advantageously be generated in a simple manner by subtracting the measured DC input voltage Uin from uA *. The difference Delta uA * obtained in this way is limited at the bottom by the value zero and at the top by uout, which corresponds to the physically adjustable limits of uA. If a positive value DeltauA * now occurs, this ultimately means that BB cannot generate the voltage value uL * to be generated via L for correct current control, even with maximum modulation of BA with dA = 1 or uA = Uin. Correspondingly, the input B of BB must then no longer have the duty cycle dB = 1 or T3 must no longer remain permanently in the switched-through state as assumed above. The voltage of input B is therefore to be reduced by DeltauA *, or ultimately a setpoint uB * of the voltage to be generated at B must be formed by subtracting the limited value of uA * from uout, with the duty cycle dB of BB then with a view to the buck converter function from BB from uout to uB by dividing uB * by uout.

[0045] Für über uout* liegende Werte der DC-Eingangsspannung Uin wird dann das Konvertersystem vorwiegend im Tiefsetzstellerbetrieb, d.h. mit Taktung von BA arbeiten, BB wird mit dB=1 bzw. T3 kontinuierlich eingeschaltet verbleiben. Einzig bei raschen transienten Änderungen von uout* oder iLoad wird vorübergehend eine Taktung von BB auftreten. For values of the DC input voltage Uin above uout *, the converter system will then predominantly work in buck converter mode, i.e. with BA clocking, BB will remain continuously switched on with dB = 1 or T3. Only in the case of rapid transient changes in uout * or iLoad will a timing of BB occur temporarily.

[0046] Allerdings beherrscht die Regelschaltung nach Fig.6 auch den Betrieb für Spannungen Uin < uout, da die Aktivierung der Brückenzweige BA und BB ja direkt vom Sollwert uL* und den Istwerten uout und Uin abgeleitet wird. Vorteilhaft ist die Regelschaltung daher unabhängig vom jeweiligen Verhältnis von Uin und uout* und auch für beide Leistungsflussrichtungen, d.h. für Speisung eines Motors M aus Uin oder Rückspeisung von Bremsenergie des Motors M in Uin einsetzbar. However, the control circuit according to FIG. 6 can also operate for voltages Uin <uout, since the activation of the bridge branches BA and BB is derived directly from the setpoint uL * and the actual values uout and Uin. The control circuit can therefore be used independently of the respective ratio of Uin and uout * and can also be used for both power flow directions, i.e. for feeding a motor M from Uin or feeding back braking energy from the motor M in Uin.

[0047] Die Ansteuersignale der im Gegentakt betriebenen Brückenzweige BA und BB werden ausgehend von dA und dB durch entsprechende Pulsbreitenmodulation erhalten. The control signals of the push-pull bridge arms BA and BB are obtained on the basis of dA and dB by appropriate pulse width modulation.

[0048] Wie eingangs erwähnt, kann die Konverterschaltung einerseits zur Speisung einer elektrischen Maschine M, andererseits aber auch als Dreiphasengleichrichtersystem mit vorteilhaft sinusförmigen Netzströmen iN und einer auf einen konstanten Wert geregelten DC-Ausgangsspannung Uout eingesetzt werden. As mentioned above, the converter circuit can be used on the one hand to feed an electrical machine M, but on the other hand also as a three-phase rectifier system with advantageously sinusoidal mains currents iN and a DC output voltage Uout regulated to a constant value.

[0049] Wie in Fig.7 gezeigt, sind dann unter weitestgehender Verwendung der in Verbindung mit Fig.6 eingeführten Bezeichnungen die positiven Ausgänge der Phasenkonverter zu verbinden und an die positive Klemme DC+ eines für alle Phasen gemeinsamen Ausgangskondensators Cout zu legen, dessen negative Schiene DC- mit der Referenzspannungsschiene n, gegen die die eingangsseitigen Brückenzweige BA geschaltet sind, verbunden ist. Weiters werden die fürFig. 6sämtlich an der positiven Klemme der DC-Eingangsspannung liegenden Eingänge der Brückenzweige BA der Phasenkonverter nun getrennt ausgeführt und über Phasenvorschaltinduktivitäten LN an die Klemmen aN,bN,cN des Dreiphasennetzes N geführt. Weiters wird in jedem Phasenkonverter ein Filterkondensator Cin parallel zum jeweiligen eingangsseitigen Brückenzweig BA von der jeweiligen Eingangsklemme a, b, c gegen die für alle Phasenkonverter gemeinsame Referenzspannungsschiene n geschaltet. As shown in FIG. 7, the positive outputs of the phase converters are then to be connected to the positive terminal DC + of an output capacitor Cout common to all phases, the negative rail of which is to be connected, using the terms introduced in connection with FIG. 6 as far as possible DC- is connected to the reference voltage rail n, against which the input-side bridge branches BA are connected. Furthermore, the forFig. All the inputs of the bridge arms BA of the phase converters that are connected to the positive terminal of the DC input voltage are now carried out separately and fed to the terminals aN, bN, cN of the three-phase network N via phase series inductances LN. Furthermore, in each phase converter a filter capacitor Cin is connected in parallel to the respective input-side bridge arm BA from the respective input terminal a, b, c to the reference voltage rail n common to all phase converters.

[0050] Für die Regelung von Vout wird die Differenz des DC-Ausgangsspannungssollwertes Uout* und des gemessenen Wertes uout gebildet und die Regelabweichung Deltauout einem für alle Phasenkonverter gemeinsamen Ausgangsspannungsregler Ruout zugeführt, der an seinem Ausgangs den für eine entsprechende Ladungsänderung von Cout erforderlichen Stromsollwert iCout* bildet, zu welchem vorteilhaft der Messwert iLoad des an einen DC-Verbraucher RLoad fliessenden Stromes addiert wird um den Sollwert iout* des von der Parallelschaltung der Phasenkonverter gesamt zu bildenden Ausgangsstromes iout (Summe der Ausgangsströme i der ausgangsseitigen Brückenzweige BB) zu erhalten. Durch Multiplikation mit Uout* wird dann ein Sollwert pout* der Konverterausgangsleistung erhalten und unter Annahme eines symmetrischen und sinusförmigen Verlaufes der Netzphasenspannungen uN durch Division durch das dreifache Quadrat der Amplitude UNpk einer Netzphasenspannung und Division durch 2, 3/2 UNpk^2, in den Sollwert eines Ersatzleitwertes G* der Phasenzweige einer Widerstandsersatzsternschaltung, welche durch das Konvertersystem für das Netz repräsentiert werden soll um ein ohmsches Netzverhalten sicherzustellen, umgerechnet. Durch Multiplikation von G* mit dem Messwert der zugeordneten Netzphasenspannung uN ist dann einfach der Sollwert iN* des vom jeweiligen Phasenkonverter zu beziehenden Netzphasenstromes iN zu erhalten, von welchem der Messwert iN des Netzphasenstromes subtrahiert wird um eine Regelabweichung DeltaiN zu erhalten, welche einem Netzstromregler RiN zugeführt wird, der an seinem Ausgang den Sollwert uLN* der über der zugehörigen Phasenvorschaltinduktivität LN zu erzeugenden Spannung uLN erzeugt, welcher von uN zu subtrahieren ist um den Sollwert uinY* der am Eingang des Phasenkonverters gegenüber dem Netzsternpunkt Y zu erzeugende Phasenspannung uinY zu erhalten, zu welchem ein Sollwert eines für alle Phasen gleichen Offsets, uoff, addiert wird um den Sollwert uin* der auf die Referenzspannungsschiene n bezogenen Phasenkonvertereingangsspannung uin zu erhalten. Der Offsetsollwert uoff* wird dabei typischerweise durch Addition eines über die Netzperiode konstanten Anteils uoffDC* und eines mit dreifacher Netzfrequenz schwankenden Anteils uoffAC* erzeugt und so gestaltet, dass uin* für ein vorgegebenes Netzphasenspannungssystems uN auf möglichst tiefe Werte beschränkt bleibt, wodurch auch die Sperrspannungsbeanspruchung und die Schaltverluste der eingangsseitigen Brückenzweige der Phasenkonverter minimiert werden. Dies schliesst eine Vorgabe von uoff* derart ein, dass jeweils ein Phasenkonverter über ein Drittel der Ausgangsperiode im geklemmten Zustand verbleibt, wobei dann das zugeordnete uin* entsprechend breite Intervalle mit uout*=0 aufweist. For the regulation of Vout, the difference between the DC output voltage setpoint Uout * and the measured value uout is formed and the control deviation Deltauout is fed to an output voltage regulator Ruout common to all phase converters, which has the current setpoint iCout required for a corresponding change in charge of Cout at its output * forms, to which the measured value iLoad of the current flowing to a DC load RLoad is advantageously added in order to obtain the setpoint iout * of the total output current iout to be formed by the parallel connection of the phase converters (sum of the output currents i of the output-side bridge branches BB). By multiplying by Uout *, a nominal value pout * of the converter output power is obtained and assuming a symmetrical and sinusoidal curve of the line phase voltages uN by dividing by the three times the square of the amplitude UNpk of a line phase voltage and dividing by 2, 3/2 UNpk ^ 2, into the Setpoint of an equivalent conductance G * of the phase branches of an equivalent star circuit, which is to be represented by the converter system for the network in order to ensure an ohmic network behavior, converted. By multiplying G * with the measured value of the assigned mains phase voltage uN, the setpoint iN * of the mains phase current iN to be drawn from the respective phase converter can then be obtained, from which the measured value iN of the mains phase current is subtracted to obtain a control deviation DeltaiN, which a mains current regulator RiN is supplied, which at its output generates the setpoint uLN * of the voltage uLN to be generated across the associated phase inductance LN, which is to be subtracted from uN in order to obtain the setpoint uinY * of the phase voltage uinY to be generated at the input of the phase converter opposite the network star point Y, to which a setpoint value of an offset, uoff, which is the same for all phases, is added in order to obtain the setpoint value uin * of the phase converter input voltage uin related to the reference voltage rail n. The offset setpoint uoff * is typically generated by adding a component uoffDC * that is constant over the network period and a component uoffAC * that fluctuates with three times the network frequency and is designed in such a way that uin * for a specified network phase voltage system uN is limited to the lowest possible values, which also means that the reverse voltage stress is limited and the switching losses of the input-side bridge arms of the phase converters are minimized. This includes a specification of uoff * in such a way that in each case a phase converter remains in the clamped state for a third of the output period, the assigned uin * then having correspondingly wide intervals with uout * = 0.

[0051] Der Phasenkonvertereingangsspannungssollwert uin* wird dann mit dem gemessenen Istwert der Phasenkonvertereingangsspannung uin verglichen und die Regelabweichung Deltauin einem Phasenkonvertereingangsspannungsregler Ruin zugeführt, an dessen Ausgangs der zur Korrektur von Deltauin erforderliche Eingangskondensatorsstromsollwert iCin* gebildet wird, welcher vom Sollwertes iN* des zugehörigen Netzphasenstromes subtrahiert wird, um den Sollwert iin* der Eingangsstromes iin des eingangsseitigen Brückenzweiges BA des Phasenkonverters zu erhalten. Durch Division von iin* durch die relative Einschaltdauer dA des oberen Transistors von BA kann dann der Sollwert iL* des Stromes iL in der Phasenkonverterinduktivität L erhalten werden. Der Vergleich (Subtraktion) von iL* mit dem zugehörigen Messwert iL führt dann auf die Regelabweichung DeltaiL des Stromes in L welche einem Phaseninduktivitätsstromregler RiL zugeführt wird, der an seinem Ausgang den Sollwert uL* der zur Korrektur der Regelabweichung DeltaiL über L zu legenden Spannung uL bildet. Die übrige Regelschaltung zwischen iL* und den relativen Einschaltdauern dA und dB der Brückenzweige BA und BB ist gleich wie für die Schaltung nachFig.6weshalb hier auf eine Beschreibung verzichtet werden kann. The phase converter input voltage setpoint uin * is then compared with the measured actual value of the phase converter input voltage uin and the control deviation Deltauin is fed to a phase converter input voltage regulator Ruin, at the output of which the input capacitor current setpoint iN * is subtracted from the associated setpoint current iN * of the associated network * in order to obtain the setpoint iin * of the input current iin of the input-side bridge arm BA of the phase converter. The nominal value iL * of the current iL in the phase converter inductance L can then be obtained by dividing iin * by the relative switch-on duration dA of the upper transistor of BA. The comparison (subtraction) of iL * with the associated measured value iL then leads to the control deviation DeltaiL of the current in L, which is fed to a phase inductance current controller RiL, which at its output sets the setpoint uL * of the voltage uL to be applied to L to correct the control deviation DeltaiL forms. The rest of the control circuit between iL * and the relative switch-on times dA and dB of the bridge branches BA and BB is the same as for the circuit according to Fig. 6, which is why a description can be dispensed with here.

[0052] Die Regelschaltung nachFig.6undFig.7geht von einem Tiefsetzstellerbetrieb des eingangsseitigen Brückenzweiges BA und einem durchgeschalteten Zustand des Transistors T3 des ausgangsseitigen Brückenzweiges BB als Regulärbetrieb aus, wobei jedoch auch der Fall einer über der Eingangsspannung liegenden Ausgangsspannung eines Phasenkonverters, d.h. der Hochsetzstellerbetrieb beherrscht wird. The control circuit nachFig.6undFig.7 is based on a buck converter operation of the input-side bridge arm BA and a switched-through state of the transistor T3 of the output-side bridge arm BB as regular operation, but also the case of an output voltage of a phase converter above the input voltage, ie the boost converter operation will.

[0053] Alternativ kann auch der Hochsetzstellerbetrieb des Konverters, d.h. ein bleibender Durchschaltzustand von T1 und Taktung des Brückenzweiges BB als Regulärbetrieb angesehen werden, womit die inFig.8gezeigte alternative Ausführung eines Teiles der Regelschaltungen nachFig.6undFig.7resultiert. Die übrigen Teile der Regelschaltungen bleiben unverändert. Die nachfolgende Beschreibung wird daher auf den zu ersetzenden Teil der bereits beschriebenen Vorrichtungen beschränkt. Alternatively, the step-up converter operation of the converter, i.e. a permanent through-connection of T1 and timing of the bridge arm BB, can also be viewed as regular operation, which results in the alternative embodiment of part of the control circuits shown in FIG. The other parts of the control circuits remain unchanged. The following description is therefore limited to the part of the devices already described that is to be replaced.

[0054] Für die Ermittlung der relativen Einschaltzeiten der Brückenzweige BA und BB wird der Sollwert uL* invertiert und dann diese physikalisch von der Ausgangsseite zur Eingangsseite gerichtete Spannung -uL* zur Eingangsspannung uin des Phasenkonverters addiert und so der am Eingang B von BB einzustellende Spannungssollwert uB* ermittelt. Nach Begrenzung auf uout nach oben und Null nach unten - es können ja nur zwischen Null und Eins liegende Tastverhältnisse dB eingestellt werden - wird dann das Tastverhältnis, d.h. die relative Einschaltdauer des oberen Transistors T3 von BB erhalten. To determine the relative switch-on times of the bridge branches BA and BB, the setpoint uL * is inverted and then this physically directed voltage -uL * from the output side to the input side is added to the input voltage uin of the phase converter and thus the voltage setpoint to be set at input B of BB transmitted. After limiting to uout upwards and zero downwards - it is only possible to set duty cycle dB between zero and one - the duty cycle, i.e. the relative switch-on duration of the upper transistor T3, is obtained from BB.

[0055] Um die geforderte Spannung uL* auch dann einstellen zu können, wenn uB* den Wert uout übersteigt, wird weiters die Differenz Delta uB* von uB* und uout ermittelt und nach Begrenzung mit uin nach oben und Null nach unten von der Eingangsspannung uin subtrahiert. Dies folgt der Überlegung, dass zur Einstellung eines Sollwertes uL* welcher auf uB*=uout bzw. db=1 führt, der Ausgang A des Brückenzweiges BA von der Eingangsspannung gelöst und durch entsprechende Taktung potentialmässig abgesenkt werden muss. Das dann einzustellende Tastverhältnis dA ist dann einfach durch Division von uA* durch uin zu erhalten. In order to be able to set the required voltage uL * even if uB * exceeds the value uout, the difference delta uB * from uB * and uout is also determined and after limitation with uin upwards and zero downwards from the input voltage uin subtracted. This follows the consideration that in order to set a setpoint value uL * which leads to uB * = uout or db = 1, the output A of the bridge arm BA must be detached from the input voltage and reduced in terms of potential by appropriate timing. The pulse duty factor dA then to be set can then be obtained simply by dividing uA * by uin.

[0056] Für unterhalb von uout liegende Werte der Eingangsspannung uin wird dann das Konvertersystem vorwiegend im Hochsetzstellerbetrieb, d.h. mit Taktung von BB arbeiten, BA wird mit dA=1 bzw. T1 kontinuierlich eingeschaltet verbleiben. Einzig bei raschen transienten Änderungen von uin* oder iLoad wird vorübergehend eine Taktung von BA auftreten. Allerdings beherrscht die Regelschaltung auch den Betrieb für Spannungen uin > uout, da die Aktivierung der Brückenzweige BB und BA ja direkt vom Sollwert uL* (und den Istwerten uin und uout) abgeleitet wird. Vorteilhaft ist die Regelschaltung daher unabhängig vom jeweiligen Verhältnis von uin und uout und auch für beide Leistungsflussrichtungen, d.h. für Speisung eines Motors M aus uin, oder für Realisierung eine Photovoltaikinverters zur Netzeinspeisung photovoltaisch erzeugter Leistung (uin stellt dann die Spannung des Solarpaneels dar) oder für die Rückspeisung von Bremsenergie eines Drehstrommotors M in die DC-Eingangsspannung uin, bzw. für den Betrieb der Vorrichtung als aktives Dreiphasengleichrichtersystem (Erzeugung einer DC-Ausgangsspannung uout) einsetzbar. For values of the input voltage uin below uout, the converter system will then predominantly work in step-up converter operation, i.e. with BB timing, BA will remain switched on continuously with dA = 1 or T1. Only in the case of rapid transient changes in uin * or iLoad will BA clocking occur temporarily. However, the control circuit can also operate for voltages uin> uout, since the activation of the bridge branches BB and BA is derived directly from the setpoint uL * (and the actual values uin and uout). The control circuit is therefore advantageous regardless of the respective ratio of uin and uout and also for both power flow directions, ie for feeding a motor M from uin, or for implementing a photovoltaic inverter for feeding photovoltaically generated power into the grid (uin then represents the voltage of the solar panel) or for the feeding back of braking energy of a three-phase motor M into the DC input voltage uin, or for the operation of the device as an active three-phase rectifier system (generation of a DC output voltage uout) can be used.

[0057] Eine alternative Ausführung eines Teiles der Regelschaltung nachFig.6, welche zur Berechnung der Tastverhältnisse dA und dB, im Gegensatz zu den beiden Regelungskonzepten nachFig.6bisFig.8, beide Betriebsarten, d.h. Buck- und Boostbetrieb, gleich favorisiert, ist inFig.9gezeigt. Einerseits wird für den Brückenzweig BA von einemBuckbetriebausgegangen, d.h. es wird angenommen, dass der Brückenzweig BA getaktet wird und andererseits wird für den Brückenzweig BB von einemBoostbetriebausgegangen, d.h. es wird angenommen, dass der Brückenzweig BB getaktet wird. Um die Sollspannung uA* des Brückenzweiges BA zu erhalten, wird der Sollwert uL* zur Ausgangsspannung uout addiert und aber nach oben auf uin und nach unten auf Null begrenzt. Umgekehrt wird für die Berechnung der Sollspannung uB* des Brückenzweiges BB der Sollwert uL* von der Eingangsspannung uin subtrahiert und aber nach oben auf uout und nach unten auf Null begrenzt. Durch diese gegenseitige Verrechnung der Ausgangsspannung uout in die Sollspannung uA* und der Eingangsspannung uin in die Sollspannung uB* und die entsprechende Begrenzung auf den möglichen Stellbereich, werden schliesslich die beiden Betriebsarten voneinander ausgeschlossen, d.h. der Konverter arbeitet trotz anfänglicher Betrachtung beider Betriebsarten schliesslich entweder im reinen Buck- oder reinen Boostbetrieb. Die einzustellenden Tastverhältnis dA und dB sind dann einfach durch Division von uA* durch uin bzw. uB* durch uout zu erhalten. An alternative embodiment of a part of the control circuit according toFig.6, which favors both operating modes, ie buck and boost operation, equally for calculating the duty cycle dA and dB, in contrast to the two control concepts according toFig.6bisFig.8, is inFig. 9 shown. On the one hand, a buck operation is assumed for the bridge branch BA, i.e. it is assumed that the bridge branch BA is clocked and, on the other hand, a boost operation is assumed for the bridge branch BB, i.e. it is assumed that the bridge branch BB is clocked. In order to obtain the setpoint voltage uA * of the bridge arm BA, the setpoint uL * is added to the output voltage uout and limited to uin at the top and to zero at the bottom. Conversely, for the calculation of the setpoint voltage uB * of the bridge branch BB, the setpoint uL * is subtracted from the input voltage uin and limited upwards to uout and downwards to zero. Through this mutual offsetting of the output voltage uout into the target voltage uA * and the input voltage uin into the target voltage uB * and the corresponding limitation to the possible setting range, the two operating modes are ultimately excluded from each other, i.e. the converter finally works either in the pure buck or pure boost operation. The pulse duty factor dA and dB to be set can then be obtained simply by dividing uA * by uin or uB * by uout.

Claims (22)

1. Konverter zur Übertragung von elektrischer Energie zwischen einem Gleichspannungsrespektive DC-System und einem Wechselspannungs- respektive AC-System, aufweisend gleichspannungsseitig eine positive DC-Eingangsspannungsschiene (1) und eine negative DC-Eingangsspannungsschiene (2) und wechselspannungsseitig mindestens zwei Ausgangsphasenanschlüsse (a, b, c), wobei für jeden der Ausgangsphasenanschlüsse (a, b, c) ein Phasenkonverter (10a, 10b, 10c) vorliegt, welcher an einer ersten Seite an die positive DC-Eingangsspannungsschiene (1) und die negative DC-Eingangsspannungsschiene (2) und an einer zweiten Seite an diesen Ausgangsphasenanschluss (a; b; c) angeschlossen ist und als Hochsetz-Tiefsetzsteller ausgebildet ist und einen eingangsseitigen Tiefsetzstellerteil, auch eingangsseitiger Brückenzweig (BA) genannt, und einen ausgangsseitigen Hochsetzstellerteil, auch ausgangsseitiger Brückenzweig (BB) genannt, aufweist, und wobei der Konverter eine Regelung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Konverters jeden der Phasenkonverter (10a, 10b, 10c), in Abhängigkeit eines Verhältnisses einer DC-Eingangsspannung zu Momentanwerten von an den Ausgangsphasenanschlüssen (a, b, c) zu erzeugenden Ausgangsphasenspannungen, zeitweise entweder als reinen Tiefsetzsteller oder als reinen Hochsetzsteller zu betreiben.1. Converter for the transmission of electrical energy between a direct voltage or DC system and an alternating voltage or AC system, having on the DC voltage side a positive DC input voltage rail (1) and a negative DC input voltage rail (2) and on the AC voltage side at least two output phase connections (a, b, c), wherein for each of the output phase connections (a, b, c) a phase converter (10a, 10b, 10c) is present, which on a first side to the positive DC input voltage rail (1) and the negative DC input voltage rail (2) and on a second Side is connected to this output phase connection (a; b; c) and is designed as a step-up converter and has an input-side step-down converter part, also called the input-side bridge arm (BA), and an output-side step-up converter part, also called the output-side bridge arm (BB), and wherein the converter has a control which is designed to generate each of the phase converters (10a, 10b, 10c) as a function of a ratio of a DC input voltage to instantaneous values at the output phase connections (a, b, c) when the converter is in operation Output phase voltages, to operate temporarily either as a pure step-down converter or as a pure step-up converter. 2. Konverter gemäss Anspruch 1, wobei die Regelung dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Konverters in jedem der Phasenkonverter (10a, 10b, 10c) eine Taktung von Schaltern des Phasenkonverters (10a, 10b, 10c) zeitweise auf den eingangsseitigen Brückenzweig (BA) oder auf den ausgangsseitigen Brückenzweig (BB) des Phasenkonverters (10a, 10b, 10c) zu beschränken.2. Converter according to claim 1, wherein the control is designed to switch the switches of the phase converter (10a, 10b, 10c) temporarily to the input-side bridge branch (BA) during operation of the converter in each of the phase converters (10a, 10b, 10c) or to be restricted to the bridge arm (BB) of the phase converter (10a, 10b, 10c) on the output side. 3. Konverter gemäss Anspruch 1, oder 2 wobei die Regelung dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Konverters die Taktung aller Phasenkonverter (10a, 10b, 10c) derart vorzunehmen, dass für alle Phasenkonverter (10a, 10b, 10c) dieselbe Taktfrequenz vorliegt und eine Synchronisation der Taktung der Phasenkonverter einen in den Ausgangsphasenspannungen enthaltenen Gegentaktspannungsanteil minimiert.3. Converter according to claim 1, or 2 wherein the control is designed to perform the clocking of all phase converters (10a, 10b, 10c) during operation of the converter such that the same clock frequency is present for all phase converters (10a, 10b, 10c) and one Synchronization of the clocking of the phase converter minimizes a push-pull voltage component contained in the output phase voltages. 4. Konverter gemäss Anspruch 1, oder 2 wobei die Regelung dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Konverters die Taktung aller Phasenkonverter (10a, 10b, 10c) derart vorzunehmen, dass für alle Phasenkonverter (10a, 10b, 10c) dieselbe Taktfrequenz vorliegt und eine Synchronisation der Taktung der Phasenkonverter einen in den Ausgangsphasenspannungen enthaltenen Gleichtaktspannungsanteil minimiert.4. Converter according to claim 1 or 2, wherein the control is designed to perform the clocking of all phase converters (10a, 10b, 10c) during operation of the converter in such a way that the same clock frequency is present for all phase converters (10a, 10b, 10c) and one Synchronization of the clocking of the phase converter minimizes a common-mode voltage component contained in the output phase voltages. 5. Konverter gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Regelung dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Konverters einen Offset zur Bildung von Ausgangsphasenspannungssollwerten aus Lastphasenspannungssollwerten vorzugeben, derart, dass jeweils in einem Zeitabschnitt für denjenigen Phasenkonverter (10a, 10b, 10c), dessen zugeordneter Lastphasenspannungssollwert den höchsten negativen Wert aufweist, ein Ausgangsphasenspannungssollwert gleich Null resultiert, womit dieser Phasenkonverter (10a, 10b, 10c) nicht getaktet werden muss und sein Ausgangsphasenanschluss (a; b; c) an eine Referenzspannungsschiene (n) geklemmt verbleiben kann, und der Verlauf der Ausgangsphasenspannungssollwerte von nicht geklemmten von den Phasenkonvertern durch gegenüber einem geklemmten von den Ausgangsphasenanschlüssen zu erzeugende und durch Subtraktion von jeweils zwei Lastphasenspannungssollwerten in diesem Zeitabschnitt gebildete Sollwerte von Lastaussenleiterspannungen definiert ist, sodass insgesamt ein sinusförmiger Verlauf aller Lastaussenleiterspannungen vorliegt.5. Converter according to one of the preceding claims, wherein the control is designed to specify an offset for the formation of output phase voltage setpoints from load phase voltage setpoints when the converter is in operation, in such a way that that in each case in a time segment for that phase converter (10a, 10b, 10c) whose assigned load phase voltage setpoint has the highest negative value, an output phase voltage setpoint equal to zero results, so that this phase converter (10a, 10b, 10c) does not have to be clocked and its output phase connection (a ; b; c) can remain clamped to a reference voltage rail (s), and The course of the output phase voltage setpoints of unclamped load line voltages from the phase converters is defined by setpoint values of load line voltages generated by the output phase connections by subtracting two load phase voltage setpoints in this time segment, so that overall there is a sinusoidal course of all load line voltages. 6. Konverter gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Regelung dazu ausgebildet ist, in einer Betriebsart des Konverters einen konstanten Offset der Ausgangsphasenspannungen so gross zu wählen, dass einerseits eine, durch zu erzeugende Lastphasenspannungen bedingte Schwankung der Ausgangsphasenspannungen symmetrisch um ein Niveau der DC-Eingangsspannung zu liegen kommt, und andererseits eine zweifache maximale Amplitude von Lastphasenspannungen nicht überschritten wird, wobei dies durch Absenken des Offsets bei hohen Amplituden der Lastphasenspannungen erreicht wird.6. Converter according to one of claims 1 to 4, wherein the control is designed to select a constant offset of the output phase voltages in one mode of operation of the converter so large that on the one hand a fluctuation in the output phase voltages caused by the load phase voltages to be generated symmetrically around a level of DC input voltage comes to rest, and on the other hand a double maximum amplitude of load phase voltages is not exceeded, this being achieved by lowering the offset at high amplitudes of the load phase voltages. 7. Konverter gemäss Anspruch 6, wobei die Regelung dazu ausgebildet ist, zusätzlich zum konstanten Offset eine dritte Harmonische zu überlagern.7. Converter according to claim 6, wherein the control is designed to superimpose a third harmonic in addition to the constant offset. 8. Konverter gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Phasenkonverter (10a, 10b, 10c) jeweils als kaskadierte Ab-Aufwärtswandler ausgebildet sind.8. Converter according to one of the preceding claims, wherein the phase converters (10a, 10b, 10c) are each designed as a cascaded step-down converter. 9. Konverter gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Phasenkonverter (10a, 10b, 10c) jeweils durch eine Schaltung realisiert sind, in welcher der eingangsseitige Brückenzweig (BA) zwischen der positiven DC-Eingangsspannungsschiene (1) und einem zugehörigen Ausgangsphasenanschluss (a; b; c) angeordnet ist, eine Phasenkonverterinduktivität (La, Lb, Lc) zwischen einen Mittelpunkt des eingangsseitigen Brückenzweiges (BA) und die negative DC-Eingangsspannungsschiene (2) geschaltet ist, eine Ausgangskapazität (Ca, Cb, Cc) zwischen den Ausgangsphasenanschluss (a; b; c) und eine gemeinsame Referenzspannungsschiene (n), welche im Fall der Abhängigkeit von Anspruch 5 gleich der in Anspruch 5 genannten Referenzspannungsschiene ist, geschaltet ist, welche mit der DC-Eingangsspannungsschiene (2) verbunden ist.9. Converter according to one of claims 1 to 5, wherein the phase converters (10a, 10b, 10c) are each implemented by a circuit in which the input-side bridge arm (BA) between the positive DC input voltage rail (1) and an associated output phase connection ( a; b; c), a phase converter inductance (La, Lb, Lc) is connected between a midpoint of the input-side bridge arm (BA) and the negative DC input voltage rail (2), an output capacitance (Ca, Cb, Cc) between the Output phase connection (a; b; c) and a common reference voltage rail (n), which in the case of the dependency of claim 5 is the same as the reference voltage rail mentioned in claim 5, is connected, which is connected to the DC input voltage rail (2). 10. Konverter gemäss Anspruch 9, wobei in den Phasenkonvertern (10a, 10b, 10c) jeweils eine Ausgangsdiode (Da, Db, Dc) zwischen den Ausgangsphasenanschluss (a; b; c) und die Referenzspannungsschiene (n) geschaltet ist welche eine positive Ausgangsphasenspannung am Ausgangsphasenanschluss (a; b; c) bezüglich der Referenzspannungsschiene (n) sicherstellt.10. Converter according to claim 9, wherein in each of the phase converters (10a, 10b, 10c) an output diode (Da, Db, Dc) is connected between the output phase connection (a; b; c) and the reference voltage rail (s), which has a positive output phase voltage at the output phase connection (a; b; c) with respect to the reference voltage rail (s). 11. Konverter gemäss Anspruch 10, wobei in den Phasenkonvertern (10a, 10b, 10c) jeweils parallel zur Ausgangsdiode (Da, Db, Dc) ein Schalter antiparallel geschaltet ist bzw. durch einen bidirektionalen Schalter ersetzt ist.11. Converter according to claim 10, wherein in the phase converters (10a, 10b, 10c) in each case parallel to the output diode (Da, Db, Dc) a switch is connected in anti-parallel or is replaced by a bidirectional switch. 12. Konverter gemäss den Ansprüchen 9 und 11, wobei die Regelung dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Konverters immer einen konstanten Offset der Ausgangsphasenspannungen gleich der Amplitude der Lastphasenspannung zu wählen.12. Converter according to claims 9 and 11, wherein the control is designed to always select a constant offset of the output phase voltages equal to the amplitude of the load phase voltage when the converter is in operation. 13. Konverter gemäss einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Regelung dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Konverters zusätzlich zum konstanten Offset eine dritte Harmonische zu überlagern, wobei das Verhältnis von konstantem Offset und der Amplitude der dritten Harmonischen frei gewählt werden kann und aber die Summe der beiden Anteile immer so gewählt wird, dass die minimale Ausgangsphasenspannung gerade das Potential der negativen DC-Eingangsspannungsschiene erreicht.13. Converter according to one of claims 9 to 12, wherein the control is designed to superimpose a third harmonic in addition to the constant offset when the converter is in operation, the ratio of constant offset and the amplitude of the third harmonic being freely selectable, and however the sum of the two components is always chosen so that the minimum output phase voltage just reaches the potential of the negative DC input voltage rail. 14. Konverter gemäss Anspruch 11, wobei die Regelung dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Konverters einen Offset zur Bildung von Ausgangsphasenspannungssollwerten aus Lastphasenspannungssollwerten vorzugeben, derart, dass jeweils in einem Zeitabschnitt für denjenigen Phasenkonverter (10a, 10b, 10c), dessen zugeordneter Lastphasenspannungssollwert den höchsten negativen Wert aufweist, ein Ausgangsphasenspannungssollwert gleich Null resultiert, womit dieser Phasenkonverter (10a, 10b, 10c) nicht getaktet werden muss und sein Ausgangsphasenanschluss (a; b; c) an die Referenzspannungsschiene (n) geklemmt verbleiben kann, und der Verlauf der Ausgangsphasenspannungssollwerte von nicht geklemmten Phasenkonvertern durch gegenüber dem geklemmten Ausgangsphasenanschluss zu erzeugende und durch Subtraktion von jeweils zwei Lastphasenspannungssollwerten in diesem Zeitabschnitt gebildete Sollwerte von Lastaussenleiterspannungen definiert ist, sodass insgesamt ein sinusförmiger Verlauf aller Lastaussenleiterspannungen vorliegt.14. Converter according to claim 11, wherein the control is designed to specify an offset for the formation of output phase voltage setpoints from load phase voltage setpoints during operation of the converter, in such a way that in each case in a time segment for that phase converter (10a, 10b, 10c) whose assigned load phase voltage setpoint the has the highest negative value, an output phase voltage setpoint value equal to zero results, which means that this phase converter (10a, 10b, 10c) does not have to be clocked and its output phase connection (a; b; c) can remain clamped to the reference voltage rail (s), and the profile of the output phase voltage setpoints of unclamped phase converters is defined by setpoints of load external conductor voltages to be generated with respect to the clamped output phase connection and generated by subtracting two load phase voltage setpoints in this time period, so that overall a sinusoidal profile of all loads conductor voltages exist. 15. Konverter gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Regelung dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Konverters ausgehend von einem Tiefsetzstellerbetrieb des Konverters als Regulärbetrieb, unter Taktung eines der eingangsseitigen Brückenzweige (BA) bei durchgeschaltetem oberem Schalter (T3) eines der ausgangsseitigen Brückenzweige (BB), ein dreiphasiges Lastphasenspannungssystems uM* zu erzeugen, bei Speisung des Konverters durch eine DC-Eingangsspannung Uin, wobei eine Regelschaltung einen automatischen Wechsel zwischen Tief- und Hochsetzstellerbetrieb der Phasenkonverter vornimmt.15. Converter according to one of claims 1 to 8, wherein the control is designed to operate the converter starting from a step-down converter operation of the converter as regular operation, with clocking of one of the input-side bridge branches (BA) with the upper switch (T3) turned on one of the output-side Bridge branches (BB) to generate a three-phase load phase voltage system uM * when the converter is fed by a DC input voltage Uin, with a control circuit automatically changing between the step-down and step-up mode of the phase converter. 16. Konverter gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Regelung dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Konverters ausgehend von einem Tiefsetzstellerbetrieb des Konverters als Regulärbetrieb, unter Taktung eines der eingangsseitigen Brückenzweige (BA) bei durchgeschaltetem oberem Schalter (T3) eines der ausgangsseitigen Brückenzweige (BB), den Konverter als Dreiphasenpulsgleichrichtersystem, welches eine geregelten DC-Ausgangsspannung erzeugt und einem Netz sinusförmige Ströme entnimmt, zu betreiben, wobei die Regelschaltung einen automatischen Wechsel zwischen Tief- und Hochsetzstellerbetrieb der Phasenkonverter vornimmt.16. Converter according to one of claims 1 to 8, wherein the control is designed to operate the converter starting from a step-down converter operation of the converter as regular operation, with clocking of one of the input-side bridge branches (BA) with the upper switch (T3) switched on one of the output-side Bridge branches (BB) to operate the converter as a three-phase pulse rectifier system, which generates a regulated DC output voltage and draws sinusoidal currents from a network, the control circuit making an automatic change between buck and boost converter operation of the phase converter. 17. Konverter gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Regelung dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Konverters ausgehend von einem Hochsetzstellerbetrieb des Konverters, bei bleibendem Durchschaltzustand eines oberen Transistors (T1) eines der eingangsseitigen Brückenzweige (BA) und Taktung eines der ausgangsseitigen Brückenzweige (BB) als Regulärbetrieb, wobei für die Ermittlung von relativen Einschaltzeiten der ein- und ausgangsseitigen Brückenzweige (BA, BA) ein Sollwert uL* invertiert und dann diese physikalisch von der Ausgangsseite zur Eingangsseite gerichtete Spannung -uL* zur Eingangsspannung uin des Phasenkonverters addiert und so der am Eingang B des ausgangsseitigen Brückenzweiges (BB) einzustellende Spannungssollwert uB* ermittelt wird, und nach Begrenzung auf uout nach oben und Null nach unten das Tastverhältnis, d.h. die relative Einschaltdauer des oberen Transistors (T3) des ausgangsseitigen Brückenzweiges (BB) erhalten wird, und dann, um die geforderte Spannung uL* auch einstellen zu können, wenn uB* den Wert uout übersteigt, wird weiters die Differenz Delta uB* von uB* und uout ermittelt und nach Begrenzung mit uin nach oben und Null nach unten von der Eingangsspannung uin subtrahiert, wobei dies der Überlegung folgt, dass zur Einstellung eines Sollwertes uL* welcher auf uB*=uout bzw. db=1 führt, der Ausgang des eingangsseitigen Brückenzweiges (BA) von der Eingangsspannung gelöst und durch entsprechende Taktung potentialmässig abgesenkt werden muss, wobei das dann einzustellende Tastverhältnis dA durch Division von uA* durch uin erhalten wird.17. Converter according to one of claims 1 to 8, wherein the control is designed to, when the converter is in operation, starting from a step-up converter operation of the converter, with an upper transistor (T1) remaining on, one of the input-side bridge branches (BA) and clocking one of the output-side Bridge branches (BB) as regular operation, whereby a setpoint uL * is inverted to determine the relative switch-on times of the input and output-side bridge branches (BA, BA) and then this voltage -uL *, which is physically directed from the output side to the input side, is added to the input voltage uin of the phase converter and so the voltage setpoint uB * to be set at input B of the output-side bridge arm (BB) is determined, and after limiting to uout upwards and zero downwards, the duty cycle, i.e. the relative duty cycle of the upper transistor (T3) of the output-side bridge arm (BB), is obtained becomes, and then to the required voltage uL * can also be set if uB * exceeds the value uout, the difference Delta uB * from uB * and uout is also determined and, after limiting with uin upwards and zero downwards, subtracted from the input voltage uin, this being based on the consideration, that in order to set a setpoint uL * which leads to uB * = uout or db = 1, the output of the input-side bridge arm (BA) has to be detached from the input voltage and reduced in terms of potential by means of appropriate timing, whereby the pulse duty factor dA then to be set by dividing uA * is obtained by uin. 18. Konverter gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Regelung dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Konverters ausgehend von beiden Betriebsarten des Konverters als Regulärbetrieb, durch gegenseitige Verrechnung der Ausgangsspannung uout in die Sollspannung uA* und der Eingangsspannung uin in die Sollspannung uB* und die entsprechende Begrenzung auf den möglichen Stellbereich, in Abhängigkeit der Sollspannung uL* und den beiden Spannungen uin und uout die korrekte Betriebsart, d.h. entweder reinen Buck- oder reinen Boostbetrieb zu ermitteln.18. Converter according to one of claims 1 to 8, wherein the control is designed to operate the converter starting from both operating modes of the converter as regular operation, by mutually offsetting the output voltage uout into the target voltage uA * and the input voltage uin into the target voltage uB * and the corresponding limitation to the possible setting range, depending on the target voltage uL * and the two voltages uin and uout, the correct operating mode, ie to determine either pure buck or pure boost operation. 19. Konverter gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Regelung dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Konverters jeweils einen schaltfrequent dreieck- oder trapezförmigem Strom in der Phasenkonverterinduktivität (La, Lb, Lc) zu bilden, derart, dass beim Abschalten eines Transistors stets ein entsprechend gerichteter Strom für die Aufladung einer parasitären Kapazität des ausschaltenden und die Entladung der parasitären Kapazität eines nachfolgend einschaltenden Transistors zur Verfügung steht, sodass das Einschalten des nachfolgenden Transistors spannungslos erfolgt und somit ein verlustarmes bzw. ideal verlustfreies Schalten sichergestellt wird, wobei insbesondere zur Stromformung jeweils der eingangsseitige und der ausgangsseitige Brückenzweig (BA, BB) eines Phasenkonverters gleichzeitig getaktet werden.19. Converter according to one of claims 1 to 8, wherein the control is designed to form a switching frequency triangular or trapezoidal current in the phase converter inductance (La, Lb, Lc) when the converter is in operation, such that when a transistor is switched off A correspondingly directed current is always available for charging a parasitic capacitance of the switching-off transistor and discharging the parasitic capacitance of a subsequent switching-on transistor, so that the switching-on of the subsequent transistor is de-energized and thus low-loss or ideally loss-free switching is ensured, in particular for Current shaping the input-side and the output-side bridge arm (BA, BB) of a phase converter are clocked at the same time. 20. Konverter gemäss Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 8 in Abhängigkeit von Anspruch 2, wobei die Regelung dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Konverters Tiefhochsetzsteller-DC/DC-Konverter synchron zu betreiben, mit gleicher Schaltfrequenz und einem Trägersignal einer Modulation derart, dass eine Strombelastung einer speisenden DC Spannung minimiert wird, indem sich von den einzelnen eingangsseitigen Brückenzweigen (BA) aufgenommene Strompulse derart überlagern, dass insgesamt eine relativ geringe schaltfrequente Schwankung des der DC Spannung entnommenen Gesamteingangsstromes vorliegt.20. Converter according to claim 2 or one of claims 3 to 8 as a function of claim 2, wherein the control is designed to operate the step-up converter DC / DC converter synchronously when the converter is in operation, with the same switching frequency and a carrier signal of a modulation of this type that a current load of a feeding DC voltage is minimized by the fact that current pulses received by the individual input-side bridge branches (BA) are superimposed in such a way that overall there is a relatively low switching frequency fluctuation of the total input current taken from the DC voltage. 21. Konverter gemäss einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Regelung dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Konverters mit einer Speisespannung in Form einer gleichgerichteten, jedoch nicht geglätteten Einphasenwechselspannung, nachfolgend als Betragsinusspannung bezeichnet, zu arbeiten, indem eingangsseitig ein hinsichtlich eines lokalen, sich über eine Taktperiode erstreckten, Mittelwertes der Betragsinusspannung ein proportionaler, also ebenfalls betragsinusförmig verlaufender Strom entnommen wird, und andererseits durch die Phasenkonverter (10a, 10b, 10c) Ausgangsspannungen derart gebildet werden, dass für die Dreiphasenlast ein symmetrisches sinusförmiges Aussenleiterspannungssystem vorliegt, wobei die Ausgangskondensatoren (Ca, Cb, Cc) für den Ausgleich einer Differenz zwischen der konstanten an eine Dreiphasenlast abgegebenen Leistung und der mit zweifach netzfrequenten Schwankung der aus einem Netz bezogenen Leistung derart herangezogen werden, dass eine gleichzeitige gleiche Erhöhung oder Verringerung aller Ausgangsspannungen durch Addition eines Offsets vorgenommen und somit die in Ausgangskapazitäten (Ca, Cb, Cc), welche im Fall der Abhängigkeit von Anspruch 9 gleich den in Anspruch 9 genannten Ausgangskapazitäten sind, gespeicherte Energie erhöht oder verringert wird, wobei die Ausgangsaussenleiterspannungen unverändert bleiben.21. Converter according to one of claims 1 to 10, wherein the control is designed to work with a supply voltage in the form of a rectified but not smoothed single-phase alternating voltage, hereinafter referred to as magnitude sinusoidal voltage, when the converter is in operation. If the mean value of the magnitude sinusoidal voltage extends over a clock period, a proportional, i.e. also sinusoidal, current is drawn, and on the other hand, output voltages are formed by the phase converters (10a, 10b, 10c) in such a way that a symmetrical sinusoidal line-to-line voltage system is present for the three-phase load, with the output capacitors (Ca, Cb, Cc) can be used to compensate for a difference between the constant power delivered to a three-phase load and the double-frequency fluctuation of the power drawn from a network in such a way that a simultaneous equal Er increase or decrease of all output voltages by adding an offset and thus the energy stored in output capacitances (Ca, Cb, Cc), which in the case of the dependency of claim 9 are equal to the output capacitances mentioned in claim 9, is increased or decreased, whereby the output line-to-line voltages remain unchanged. 22. Konverter gemäss einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Regelung dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Konverters mit einem hinsichtlich Phasenverschiebung von Verbraucherspannung und Verbraucherstrom einstellbaren elektrischen Verbrauchers zu arbeiten, wobei die Phasenverschiebung so gewählt wird, dass eine für eine Umladung von Ausgangskapazitäten (Ca, Cb, Cc), welche im Fall der Abhängigkeit von Anspruch 9 gleich den in Anspruch 9 genannten Ausgangskapazitäten sind, erforderliche Blindleistung kompensiert und somit nicht über die Phasenkonverterinduktivitäten (La, Lb, Lc) zugeführt werden muss womit eine Verringerung der Strombelastung der Leistungshalbleiter der Phasenkonverter (10a, 10b, 10c) und der Phasenkonverterinduktivitäten (La, Lb, Lc) erreicht wird.22. Converter according to one of claims 1 to 10, wherein the control is designed to work when the converter is in operation with an electrical consumer adjustable in terms of phase shift of consumer voltage and consumer current, the phase shift being selected so that one is used for reloading output capacities (Ca, Cb, Cc), which in the case of the dependency of claim 9 are equal to the output capacitances mentioned in claim 9, required reactive power is compensated and therefore does not have to be supplied via the phase converter inductances (La, Lb, Lc), which reduces the current load of the Power semiconductors the phase converter (10a, 10b, 10c) and the phase converter inductances (La, Lb, Lc) is achieved.
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