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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Leistungselektronik. Sie
geht aus von einer Blindleistungskompensationseinrichtung, insbesondere
zur Schaltung einer Vielzahl von Schaltspannungsniveaus gemäss dem Oberbegriff
der unabhängigen Ansprüche.
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Blindleistungskompensationseinrichtungen werden
heute in einer Fülle
von leistungselektronischen Anwendungen eingesetzt. Die Anforderungen an
eine solche Blindleistungskompensationseinrichtung sind dabei zum
einen, möglichst
wenig Oberschwingungen an Phasen eines an die Blindleistungskompensationseinrichtung
gängigerweise
angeschlossenen elektrischen Wechselspannungsnetzes zu erzeugen
und zum anderen mit einer möglichst
geringen Anzahl an elektronischen Bauelementen möglichst grosse Leistungen zu übertragen.
Solche Blindleistungskompensationseinrichtungen sind häufig als
Blindleistungskompensationseinrichtungen ausgebildet und an ein
elektrisches Wechselspannungsnetz angeschlossen. Eine geeignete Blindleistungskompensationseinrichtung,
insbesondere zur Schaltung einer Vielzahl von Schaltspannungsniveaus,
ist in der WO 01193412 A2 angegeben. Darin sind für je de Phase
n ersten Schaltgruppen vorgesehen, wobei n ≥ 2 ist und jede der die n ersten
Schaltgruppen einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen
zu dem dritten antiseriell geschalteten vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter
und eine Serienschaltung eines ersten mit einem zweiten Kondensator
aufweist. Der erste Kondensator ist ferner mit dem ersten ansteuerbaren
bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter verbunden, der zweite
Kondensator ist mit dem zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter
verbunden und der Verbindungspunkt des ersten mit dem zweiten Kondensator ist
mit dem vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter
verbunden. Jede der n ersten Schaltgruppen ist verkettet mit der
jeweils benachbarten ersten Schaltgruppe verbunden und der erste,
zweite und dritte ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter
der ersten ersten Schaltgruppe sind miteinander verbunden.
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Problematisch
bei einer Blindleistungskompensationseinrichtung nach der WO 01/93412
A2 ist, dass die in der Einrichtung während des Betriebs gespeicherte
elektrische Energie sehr hoch ist. Da die elektrische Energie in
den Kondensatoren der n ersten Schaltgruppen der Blindleistungskompensationseinrichtung
gespeichert ist, müssen
die Kondensatoren für
diese elektrische Energie, d.h. bezüglich ihre Spannungsfestigkeit
und/oder ihrer Kapazität, ausgelegt
werden. Dies bedingt aber Kondensatoren mit grosser Baugrösse, die
entsprechend teuer sind. Zudem benötigt die Blindleistungskompensationseinrichtung
aufgrund der bezüglich
der Baugrösse
grossen Kondensatoren viel Platz, so dass ein platzsparender Aufbau,
wie er für
viele Anwendungen, beispielsweise für Traktionsanwendungen, gefordert
ist, nicht möglich
ist. Weiterhin bewirkt der Einsatz der bezüglich der Baugrösse grossen
Kondensatoren einen hohen Montage- und Wartungsaufwand.
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Eine
weitere Blindleistungskompensationseinrichtung nach dem Stand der
Technik, insbesondere zur Schaltung einer Vielzahl von Schaltspannungsniveaus,
ist in der WO 2005/008874 A1 angegeben.
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Darstellung
der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es deshalb, eine Blindleistungskompensationseinrichtung,
insbesondere zur Schaltung einer Vielzahl von Schaltspannungsniveaus,
anzugeben, die möglichst
wenig elektrische Energie während
ihres Betriebes speichert und platzsparend realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 beziehungswei se
des Anspruchs 2 gelöst.
In den abhängigen
Ansprüchen
sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
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Die
erfindungsgemässe
Blindleistungskompensationseinrichtung, insbesondere zur Schaltung
einer Vielzahl von Schaltspannungsniveaus, umfasst n für jede Phase
vorgesehene ersten Schaltgruppen, wobei n ≥ 1 und jede der n ersten Schaltgruppen
einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen zu dem dritten
antiseriell geschalteten vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter
und eine Serienschaltung eines ersten mit einem zweiten Kondensator
aufweist. Der erste Kondensator ist ferner mit dem ersten ansteuerbaren
bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter verbunden, der zweite Kondensator
ist mit dem zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter
verbunden und der Verbindungspunkt des ersten mit dem zweiten Kondensator
ist mit dem vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter
verbunden. Alternativ weist die erste erste Schaltgruppe eine Serienschaltung
des ersten mit dem zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter,
eine Serienschaltung des dritten mit dem vierten ansteuerbaren bidirektionalen
Leistungshalbleiterschalter, eine Serienschaltung eines fünften mit
einem sechsten Leistungshalbleiterschalter und die Serienschaltung
des ersten mit dem zweiten Kondensator auf. Die Serienschaltung
des fünften
mit dem sechsten Leistungshalbleiterschalter ist dann mit dem Verbindungspunkt
des ersten mit dem zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter
und mit dem Verbindungspunkt des dritten mit dem vierten ansteuerbaren
bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter verbunden, der erste Kondensator
ist mit dem ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter
verbunden und der zweite Kondensator ist mit dem zweiten ansteuerbaren
bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter verbunden. Weiterhin
ist bei der Alternative der Verbindungspunkt des ersten mit dem
zweiten Kondensator mit dem Verbindungspunkt des fünften mit dem
sechsten Leistungshalbleiterschalter verbunden und der erste und
zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter sind
am Verbindungspunkt des fünften
mit dem sechsten Leistungshalbleiterschalter miteinander verbunden.
In jedem Fall ist jede der n ersten Schaltgruppen bei mehreren vorgesehenen
ersten Schaltgruppen verkettet mit der jeweils benachbarten ersten
Schaltgruppe verbunden. Erfindungsgemäss sind p zweite Schaltgruppen,
p dritte Schaltgruppen und p vierte Schaltgruppen vorgesehen, welche
jeweils einen ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter,
einen zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter
und einen mit dem ersten und zweiten ansteuerbaren bidirektionalen
Leistungshalbleiterschalter verbundenen Kondensator aufweisen, wobei
p ≥ 1 ist.
Bei mehreren vorgesehenen zweiten, dritten und vierten Schaltgruppen
ist jede der p zweiten Schaltgruppen verkettet mit der jeweils benachbarten
zweiten Schaltgruppe verbunden, jede der p dritten Schaltgruppen
ist verkettet mit der jeweils benachbarten dritten Schaltgruppe
verbunden und jede der p vierte Schaltgruppen ist verkettet mit
der jeweils benachbarten vierten Schaltgruppe verbunden. Desweiteren
ist die erste zweite Schaltgruppe mit dem ersten ansteuerbaren bidirektionalen
Leistungshalbleiterschalter der n-ten ersten Schaltgruppe verbunden,
die erste dritte Schaltgruppe ist mit dem vierten ansteuerbaren
bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter der n-ten ersten Schaltgruppe
verbunden und die erste vierte Schaltgruppe ist mit dem zweiten ansteuerbaren
bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter der n-ten ersten Schaltgruppe
verbunden. Darüber
hinaus sind die Kondensatoren der p-ten zweiten, dritten und vierten
Schaltgruppe seriell miteinander verbunden.
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Durch
die vorgesehenen p zweiten, dritten und vierten Schaltgruppen und
deren Verschaltung dienen die n ersten Schaltgruppen nur zur Balancierung
der Phasenausgangswechselspannung, so dass bei mehreren vorhandenen
ersten Schaltgruppen die Kondensatoren der n ersten Schaltgruppen im
balancierten Zustand im wesentlichen keinen Strom führen und
somit auch im wesentlichen keine elektrische Energie speichern.
Somit kann die gespeicherte elektrische Energie der Blindleistungskompensationseinrichtung
insgesamt klein gehalten werden, wodurch die Kondensatoren der Blindleistungskompensationseinrichtung
nur für
eine kleine zu speichernde elektrische Energie, d.h. bezüglich ihrer
Spannungsfestigkeit und/oder ihrer Kapazität, ausgelegt werden müssen. Aufgrund
der geringen Baugrösse
der Kondensatoren benötigt
die Blindleistungskompensationseinrichtung sehr wenig Platz, so dass
vorteilhaft ein platzsparender Aufbau, wie er für viele Anwendungen, beispielsweise
für Traktionsanwendungen,
gefordert ist, möglich
ist. Zudem kann durch die geringe Baugrösse der Kondensatoren auch
der Montage- und Wartungsaufwand vorteilhaft gering gehalten werden.
Weiterhin teilt sich die Gesamtgleichspannung auf die Kondensatoren
der p-ten zweiten, dritten und vierten Schaltgruppen auf, so dass
die Spannungsbelastung der einzelnen ansteuerbaren bidirektionalen
Leistungshalbleiterschalter der einzelnen Schaltgruppen gegenüber Blindleistungskompensationseinrichtungen
nach dem Stand der Technik deutlich geringer ist. Dadurch müssen die
ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter mit Vorteil
lediglich für
eine kleine Spannungsfestigkeit ausgelegt werden. Darüber hinaus ergibt
sich eine qualitative Verbesserung des zeitlichen Verlaufs der jeweiligen
Phasenausgangsspannung der Blindleistungskompensationseinrichtung durch
die geringe Kapazität
der Kondensatoren, wodurch sich auch der zeitliche Verlauf der Leistung
verbessert und weniger Filtermassnahmen auf der Phasenseite notwendig
sind.
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Diese
und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung
werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen
der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
einer erfindungsgemässen
Blindleistungskompensationseinrichtung,
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2 eine
zweite Ausführungsform
der erfindungsgemässen
Blindleistungskompensationseinrichtung und
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3 eine
dritte Ausführungsform
der erfindungsgemässen
Blindleistungskompensationseinrichtung.
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Die
in der Zeichnung verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind
in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind
in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die beschriebenen Ausführungsformen
stehen beispielhaft für
den Erfindungsgegenstand und haben keine beschränkende Wirkung.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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In 1 ist
eine, insbesondere einphasige, Ausführungsform einer erfindungsgemässen Blindleistungskompensationseinrichtung,
insbesondere zur Schaltung einer Vielzahl von Schaltspannungsniveaus,
gezeigt. Darin umfasst die Blindleistungskompensationseinrichtung
n für jede
Phase R, S, T vorgesehene erste Schaltgruppen 1.1, ..., 1.n, wobei
n ≥ 2 und
die n-te erste Schaltgruppe 1.n einen ersten,
einen zweiten, einen dritten und einen zu dem dritten antiseriell
geschalteten vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 2, 3, 4, 5 aufweist
und die erste erste Schaltgruppe 1.1 bis zur (n – 1)-ten
ersten Schaltgruppe 1.(n – 1) jeweils einen ersten,
einen zweiten, einen dritten und einen zu dem dritten antiseriell
geschalteten vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 2, 3, 4, 5 und
eine Serienschaltung eines ersten mit einem zweiten Kondensator 6, 7 aufweist,
wobei der erste Kondensator 6 mit dem ersten ansteuerbaren
bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 2 verbunden ist,
der zweite Kondensator 7 mit dem zweiten ansteuerbaren
bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 3 verbunden
ist und der Verbindungspunkt des ersten mit dem zweiten Kondensator 6, 7 mit
dem vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 5 verbunden
ist. In alternativen, insbesondere einphasigen, Ausführungsformen
der erfindungsgemässen
Blindleistungskompensationseinrichtung, insbesondere zur Schaltung
einer Vielzahl von Schaltspannungsniveaus, gemäss 2 und 3 weist
die erste erste Schaltgruppe 1.1 dann eine Serienschaltung
des ersten mit dem zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 2, 3,
eine Serienschaltung des dritten mit dem vierten ansteuerbaren bidirektionalen
Leistungshalbleiterschalter 4, 5, eine Serienschaltung
eines fünften mit
einem sechsten Leistungshalbleiterschalter 20, 21 und
eine Serienschaltung des ersten mit dem zweiten Kondensator 6, 7 auf.
Gemäss 2 und 3 ist
die Serienschaltung des fünften
mit dem sechsten Leistungshalbleiterschalter 20, 21 mit
dem Verbindungspunkt des ersten mit dem zweiten ansteuerbaren bidirektionalen
Leistungshalbleiterschalter 2, 3 und mit dem Verbindungspunkt
des dritten mit dem vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 4, 5 verbunden.
Ferner ist gemäss 2 und 3 der
erste Kondensator 6 mit dem ersten ansteuerbaren bidirektionalen
Leistungshalbleiterschalter 2 verbunden, der zweite Kondensator 7 mit
dem zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 3 verbunden,
der Verbindungspunkt des ersten mit dem zweiten Kondensator 6, 7 mit
dem Verbindungspunkt des fünften
mit dem sechsten Leistungshalbleiterschalter 20, 21 verbunden
und der erste und zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 2, 3 sind
am Verbindungspunkt des fünften
mit dem sechsten Leistungshalbleiterschalter 20, 21 miteinander
verbunden, wodurch gemäss 2 und 3 ein
Phasenanschluss, insbesondere für
die Phase R, gebildet ist. Weiterhin weist die n-te erste Schaltgruppe 1.n gemäss 2 und 3 auch
den ersten, den zweiten, den dritten und den zu dem dritten antiseriell geschalteten
vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 2, 3, 4, 5 auf
und die zweite erste Schaltgruppe 1.2 bis zur (n – 1)-ten
ersten Schaltgruppe 1. (n – 1) weist jeweils den ersten, den
zweiten, den dritten und den zu dem dritten antiseriell geschalteten
vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 2, 3, 4, 5 und
die Serienschaltung des ersten mit dem zweiten Kondensator 6, 7 auf.
Gemäss 2 und 3 ist
der erste Kondensator 6 mit dem ersten ansteuerbaren bidirektionalen
Leistungshalbleiterschalter 2 verbunden, der zweite Kondensator 7 mit
dem zweiten ansteu erbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 3 verbunden
und der Verbindungspunkt des ersten mit dem zweiten Kondensator 6, 7 mit
dem vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 5 verbunden.
Da es sich gemäss 1, 2 und 3 bei
den n ersten Schaltgruppen 1.1, ..., 1.n um als
Sechspole ausgebildete Mehrpole handelt, ist in analoger Weise zur
Vierpoltheorie jede der n ersten Schaltgruppen 1.1, ..., 1.n verkettet
mit der jeweils benachbarten ersten Schaltgruppe 1.1, ..., 1.n verbunden,
wobei gemäss 1 der
erste, zweite und dritte ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 2, 3, 4 der
ersten ersten Schaltgruppe 1.1 miteinander verbunden sind,
wodurch gemäss 1 ein
Phasenanschluss, insbesondere für die
Phase R, gebildet ist.
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Erfindungsgemäss sind
nach 1, 2 und 3 p zweite
Schaltgruppen 8.1, ..., 8.p, p dritte Schaltgruppen 9.1,
..., 9.p und p vierte Schaltgruppen 10.1, ..., 10.p vorgesehen,
welche jeweils einen ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 11, 13, 15,
einen zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 12, 14, 16 und
einen mit dem ersten und zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 11, 12, 13, 14, 15, 16 verbundenen
Kondensator 17, 18, 19 aufweisen, wobei
p > 1 ist. Da es sich
gemäss 1, 2 und 3 sowohl
bei jeder der p zweiten Schaltgruppen 8.1, ..., 8.p als
auch bei jeder der p dritten Schaltgruppen 9.1, ..., 9.p und
p vierten Schaltgruppen 10.1, ..., 10.p um einen
Vierpol handelt, ist jede der p zweiten Schaltgruppen 8.1,
..., 8.p verkettet mit der jeweils benachbarten zweiten Schaltgruppe 8.1,
..., 8.p verbunden, jede der p dritten Schaltgruppen 9.1,
..., 9.p verkettet mit der jeweils benachbarten dritten
Schaltgruppe 9.1, ..., 9.p verbunden und jede
der p vierte Schaltgruppen 10.1, ..., 10.p verkettet
mit der jeweils benachbarten vierten Schaltgruppe 10.1,
..., 10.p verbunden. Gemäss 1, 2 und 3 ist
die erste zweite Schaltgruppe 8.1 mit dem ersten ansteuerbaren
bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 2 der n-ten
ersten Schaltgruppe 1.n verbunden, die erste dritte Schaltgruppe 9.1 mit
dem vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 5 der
n-ten ersten Schaltgruppe 1.n verbunden und die erste vierte Schaltgruppe 10.1 mit
dem zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 3 der n-ten
ersten Schaltgruppe 1.n verbunden. Darüber hinaus sind die Kondensatoren 17, 18, 19 der
p-ten zweiten, dritten und vierten Schaltgruppe 8.p, 9.p, 10.p seriell
miteinander verbunden.
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Durch
die vorgesehenen p zweiten, dritten und vierten Schaltgruppen 8.1,
..., 8.p; 9.1, ..., 9.p; 10.1,
..., 10.p und deren Verschaltung jeweils untereinander,
zueinander und zu der n-ten
ersten Schaltgruppe 1.n dienen die n ersten Schaltgruppen 1.1,
..., 1.n nur zur Balancierung der Phasenausgangswechselspannung,
so dass bei mehreren vorhandenen ersten Schaltgruppen 1.1,
..., 1.n die Kondensatoren 6, 7 der n
ersten Schaltgruppen 1.1, ..., 1.n im balancierten,
d.h. im ausgeglichenen Zustand im wesentlichen keinen Strom führen und
somit auch im wesentlichen keine elektrische Energie speichern.
Dadurch kann die gespeicherte elektrische Energie der Blindleistungskompensationseinrichtung
insgesamt klein gehalten werden, wodurch die Kondensatoren 6, 7 der
Blindleistungskompensationseinrichtung lediglich für eine kleine
zu speichernde elektrische Energie, d.h. bezüglich ihrer Spannungsfestigkeit und/oder
ihrer Kapazität,
ausgelegt werden müssen. Aufgrund
der geringen Baugrösse
der Kondensatoren 6, 7 benötigt die Blindleistungskompensationseinrichtung
sehr wenig Platz, so dass vorteilhaft ein platzsparender Aufbau,
wie er für
viele Anwendungen, beispielsweise für Traktionsanwendungen, gefordert
ist, möglich
ist. Desweiteren kann durch die geringe Baugrösse der Kondensatoren 6, 7 auch
der Montage- und Wartungsaufwand vorteilhaft klein gehalten werden.
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Vorzugsweise
ist bei der zweiten Ausführungsform
gemäss 2 der
fünfte
und sechste Leistungshalbleiterschalter 20, 21 jeweils
als nicht ansteuerbarer unidirektionaler Leistungshalbleiterschalter,
insbesondere als Diode ausgeführt.
Im Unterschied dazu ist bei der dritten Ausführungsform nach 3 der
fünfte
und sechste Leistungshalbleiterschalter 20, 21 als
ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter ausgeführt, wobei
der ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter durch
ein ansteuerbares Leistungshalbleiterbauelement mit unidirektionaler
Stromführungsrichtung
und durch ein dazu antiparallel geschaltetes passives nicht-ansteuerbares
Leistungshalbleiterbauelement mit unidirektionaler Stromführungsrichtung
gebildet ist.
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Gemäss 1, 2 und 3 sind
der erste und zweite Leistungshalbleiterschalter 11, 12 der
ersten zweiten Schaltgruppe 8.1 miteinander verbunden,
wobei der Verbindungspunkt des ersten und zweiten Leistungshalbleiterschalters 11, 12 der
ersten zweiten Schaltgruppe 8.1 mit dem ersten Leistungshalbleiterschalter 2 der
n-ten ersten Schaltgruppe 1.n verbunden ist. Zudem sind
der erste und zweite Leistungshalbleiterschalter 13, 14 der
ersten dritten Schaltgruppe 9.1 miteinander verbunden,
wobei der Verbindungspunkt des ersten und zweiten Leistungshalbleiterschalters 13, 14 der
ersten dritten Schaltgruppe 9.1 mit dem vierten Leistungshalbleiterschalter 5 der
n-ten ersten Schaltgruppe 1.n verbunden ist. Darüber hinaus
sind der erste und zweite Leistungshalbleiterschalter 15, 16 der
ersten vierten Schaltgruppe 10.1 miteinander verbunden,
wobei der Verbindungspunkt des ersten und zweiten Leistungshalbleiterschalters 15, 16 der
ersten vierten Schaltgruppe 10.1 mit dem zweiten Leistungshalbleiterschalter 3 der
n-ten ersten Schaltgruppe 1.n verbunden ist.
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Es
ist denkbar, dass die Anzahl der n ersten Schaltgruppen 1.1,
..., 1.n der Anzahl der p zweiten, dritten und vierten
Schaltgruppen 8.1, ..., 8.p; 9.1, ..., 9.p; 10.1,
..., 10.p entspricht. Vorteilhaft können dadurch allgemein 3*2(n–1) +
1 Schaltspannungsniveaus der erfindungsgemässen Blindleistungskompensationseinrichtung
geschalten werden.
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Alternativ
ist es auch denkbar, dass die Anzahl der n ersten Schaltgruppen 1.1,
..., 1.n kleiner als die Anzahl der p zweiten, dritten
und vierten Schaltgruppen 8.1, ..., 8.p; 9.1,
..., 9.p; 10.1, ..., 10.p ist. Daraus
resultiert vorteilhaft, dass weniger erste Schaltgruppen 1.1,
..., 1.n und damit weniger Leistungshalbleiterschalter 2, 3, 4, 5, 20, 21 und
weniger Kondensatoren 6, 7 benötigt werden und die erfindungsgemässe Blindleistungskompensationseinrichtung
somit insgesamt weiter bezüglich
ihres Platzbedarfes reduziert werden kann.
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Weiterhin
ist es auch denkbar, dass die Anzahl der n ersten Schaltgruppen 1.1,
..., 1.n grösser als
die Anzahl der p zweiten, dritten und vierten Schaltgruppen 8.1,
..., 8.p; 9.1, ..., 9.p; 10.1,..., 10.p ist.
Durch n = 2 erste Schaltgruppen 1.1, 1.2 und p
= 1 zweite, dritte und vierte Schaltgruppen 8.1, 9.1, 10.1 liesse
sich beispielsweise sehr einfach eine erfindungsgemässen Blindleistungskompensationseinrichtung
zur Schaltung von sieben Schaltspannungsniveaus realisieren.
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Allgemein
ist der jeweilige erste, zweite, dritte und vierte ansteuerbare
bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 2, 3, 4, 5, 11, 12, 13, 14, 15, 16 durch
ein ansteuerbares Leistungshalbleiterbauelement mit unidirektionaler
Stromführungsrichtung,
beispielsweise durch einen Bipolartransistor mit isoliert angeordneter
Ansteuerelektrode (IGBT-Insulated Gate Bipolartransistor), und durch
ein dazu antiparallel geschaltetes passives nicht-ansteuerbares
Leistungshalbleiterbauelement mit unidirektionaler Stromführungsrichtung,
beispielsweise durch eine Diode, gebildet. Gemäss 1 sind die
ersten und zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 2, 3, 11, 12, 13, 14, 15, 16 innerhalb der
jeweiligen Schaltgruppe 1.1, ..., 1.n; 8.1,
..., 8.p; 9.1, ..., 9.p; 10.1,
..., 10.p derart verschaltet, dass sie eine entgegengesetzte
gesteuerte Hauptstromrichtung aufweisen, d.h. die ansteuerbaren
Leistungshalbleiterbauelemente mit unidirektionaler Stromführungsrichtung
jeweils eine zueinander entgegengesetzte gesteuerte Hauptstromrichtung
aufweisen.
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Es
hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass bei den n ersten Schaltgruppen 1.1,
..., 1.n die zwei ersten ansteuerbaren bidirektionalen
Leistungshalbleiterschalter 2 jeweils benachbarter ers ter
Schaltgruppen 1.1, ..., 1.n in einem Modul integriert
sind, d.h. dass bei mehreren vorhandenen ersten Schaltgruppen 1.1,
..., 1.n der erste ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 2 der
n-ten ersten Schaltgruppe 1.n und der erste ansteuerbare
bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 2 der (n – 1)-ten
ersten Schaltgruppe 1. (n – 1) in einem Modul integriert
sind und der erste ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 2 der
(n – 1)-ten
ersten Schaltgruppe 1. (n – 1) und der erste ansteuerbare
bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 2 der (n – 2)-ten
ersten Schaltgruppe 1.(n – 2) in einem Modul integriert
sind usw.. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass
die zwei zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 3 jeweils
benachbarter erster Schaltgruppen 1.1, ..., 1.n in
einem Modul integriert sind, d.h. bei mehreren vorhandenen ersten Schaltgruppen 1.1,
..., 1.n der zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 3 der
n-ten ersten Schaltgruppe 1.n und der zweite ansteuerbare bidirektionale
Leistungshalbleiterschalter 3 der (n – 1)-ten ersten Schaltgruppe 1.(n – 1) in
einem Modul integriert sind und der zweite ansteuerbare bidirektionale
Leistungshalbleiterschalter 3 der (n – 1)-ten ersten Schaltgruppe 1.(n – 1) und
der zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 3 der
(n – 1)-ten
ersten Schaltgruppe 1. (n – 2) in einem Modul integriert
sind usw.. Die vorstehend genannten Module sind gängigerweise
Standard-Halbbrücken-Module
und dementsprechend einfach aufgebaut, wenig störanfällig und zudem kostengünstig.
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Es
ist auch denkbar, dass im Falle mehrerer vorhandener erster Schaltgruppen 1.1,
..., 1.n bei den n ersten Schaltgruppen 1.1, ..., 1.n jeweils
der erste ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 2 und
der zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 3 in
einem Modul integriert ist. Wie bereits erwähnt sind solche Module üblicherweise
Standard-Halbbrücken-Module
und dementsprechend einfach aufgebaut, wenig störanfällig und zudem kostengünstig.
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Ferner
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass im Falle mehrerer vorhandener
zweiter Schaltgruppen 5.1, ..., 5.p bei den p
zweiten Schaltgruppen 8.1, ..., 8.p die zwei ersten
ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 11 jeweils
benachbarter zweiter Schaltgruppen 8.1, ..., 8.p in
einem Modul, d.h. in der vorstehend für die n ersten Schaltgruppen 1.1,..., 1.n detailliert
beschriebenen Weise, integriert sind und die zwei zweiten Leistungshalbleiterschalter 12 jeweils
benachbarter zweiter Schaltgruppen 8.1, ..., 8.p in
einem Modul, d.h. in der vorstehend für die n ersten Schaltgruppen 1.1,
..., 1.n detailliert beschriebenen Weise, integriert sind.
Ferner sind dann bei mehreren vorhandenen dritten Schaltgruppen 9.1,
..., 9.p bei den p dritten Schaltgruppen 9.1,
..., 9.p die zwei ersten ansteuerbaren bidirektionalen
Leistungshalbleiterschalter 13 jeweils benachbarter dritter
Schaltgruppen 9.1, ..., 9.p in einem Modul, d.h.
in der vorstehend für
die n ersten Schaltgruppen 1.1, ..., 1.n detailliert
beschriebenen Weise, integriert und die zwei zweiten Leistungshalbleiterschalter 14 jeweils
benachbarter dritter Schaltgruppen 9.1, ..., 9.p in
einem Modul, d.h. in der vorstehend für die n ersten Schaltgruppen 1.1,
..., 1.n detailliert beschriebenen Weise, integriert. Zudem sind
dann bei mehreren vorhandenen vierten Schaltgruppen 10.1,
..., 10.p bei den p vierten Schaltgruppen 10.1,
..., 10.p die zwei ersten ansteuerbaren bidirektionalen
Leistungshalbleiterschalter 15 jeweils benachbarter vierter
Schaltgruppen 10.1, ..., 10.p in einem Modul,
d.h. in der vorstehend für
die n ersten Schaltgruppen 1.1, ..., 1.n detailliert
beschriebenen Weise, integriert und die zwei zweiten Leistungshalbleiterschalter 16 jeweils
benachbarter vierter Schaltgruppen 10.1, ..., 10.p in
einem Modul, d.h. in der vorstehend für die n ersten Schaltgruppen 1.1,
..., 1.n detailliert beschriebenen Weise, integriert.
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Alternativ
dazu ist es auch möglich,
dass bei mehreren vorhandenen zweiten, dritten und vierten Schaltgruppen 8.1,
..., 8.p; 9.1, ..., 9.p; 10.1,
..., 10.p bei den p zweiten, dritten und vierten Schaltgruppen 8.1,
..., 8.p; 9.1, ..., 9.p; 10.1,
..., 10.p jeweils der erste ansteuerbare bidirektionale
Leistungshalbleiterschalter 11, 13, 15 und
der zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 12, 14, 16 in
einem Modul integriert ist. Die vorstehend genannten Module sind
gängigerweise
Standard-Module und dementsprechend einfach aufgebaut, wenig störanfällig und
zudem kostengünstig.
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Bei
einer mehrphasig zu realisierenden erfindungsgemässen Blindleistungskompensationseinrichtung
sind die p-ten zweiten Schaltgruppen 8.p der Phasen R,
S, T vorzugsweise parallel miteinander verbunden, die p-ten dritten
Schaltgruppen 9.p der Phasen R, S, T ebenfalls parallel
miteinander verbunden und die p-ten vierten Schaltgruppen 10.p der Phasen
R, S, T auch parallel miteinander verbunden. Die jeweiligen Verbindungen
erfolgen an den Kondensatoren 17 der jeweiligen p-ten zweiten
Schaltgruppen 8.p beziehungsweise an den Kondensatoren 18 der
jeweiligen p-ten dritten Schaltgruppen 9.p beziehungsweise
an den Kondensatoren 19 der jeweiligen p-ten vierten Schaltgruppen 10.p.
-
Um
vorteilhaft bei einer mehrphasig realisierten Blindleistungskompensationseinrichtung
Platz einsparen zu können,
sind die Kondensatoren 17 der p-ten zweiten Schaltgruppen 8.p der
Phasen R, S, T zu einem Kondensator zusammengefasst, die Kondensatoren 18 der
p-ten dritten Schaltgruppen 9.p der
Phasen R, S, T zu einem Kondensator zusammengefasst und die Kondensatoren 19 der
p-ten vierten Schaltgruppen 10.p der Phasen R, S, T ebenfalls zu
einem Kondensator zusammengefasst.
-
Insgesamt
stellt die erfindungsgemässe Blindleistungskompensationseinrichtung
somit eine durch eine geringe gespeicherte elektrische Energie während ihres
Betriebes und durch einen platzsparenden Aufbau gekennzeichnete
und damit unkomplizierte, robuste und wenig störungsanfällige Lösung dar.
-
- 1.1,
..., 1.n
- erste
Schaltgruppen
- 2
- erster
ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der ersten
-
- Schaltgruppen
- 3
- zweiter
ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der ersten
-
- Schaltgruppen
- 4
- dritter
ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der ersten
-
- Schaltgruppen
- 5
- vierter
ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der ersten
-
- Schaltgruppen
- 6
- erster
Kondensator der ersten Schaltgruppen
- 7
- zweiter
Kondensator der ersten Schaltgruppen
- 8.1,
..., 8.p
- zweite
Schaltgruppen
- 9.1,
..., 9.p
- dritte
Schaltgruppen
- 10.1,
..., 10.p
- vierte
Schaltgruppen
- 11
- erster
ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der zweiten
-
- Schaltgruppen
- 12
- zweiter
ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der zweiten
-
- Schaltgruppen
- 13
- erster
ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der dritten
-
- Schaltgruppen
- 14
- zweiter
ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der dritten
-
- Schaltgruppen
- 15
- erster
ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der vierten
-
- Schaltgruppen
- 16
- zweiter
ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der vierten
-
- Schaltgruppen
- 17
- Kondensator
der zweiten Schaltgruppen
- 18
- Kondensator
der dritten Schaltgruppen
- 19
- Kondensator
der vierten Schaltgruppen
- 20
- fünfter ansteuerbarer
bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der ersten ers
-
- ten
Schaltgruppe
- 21
- sechster
ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der ersten
ersten Schaltgruppe.