DE102007029767B3 - Wechselrichter - Google Patents
Wechselrichter Download PDFInfo
- Publication number
- DE102007029767B3 DE102007029767B3 DE102007029767A DE102007029767A DE102007029767B3 DE 102007029767 B3 DE102007029767 B3 DE 102007029767B3 DE 102007029767 A DE102007029767 A DE 102007029767A DE 102007029767 A DE102007029767 A DE 102007029767A DE 102007029767 B3 DE102007029767 B3 DE 102007029767B3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- switch
- voltage
- inverter according
- energy
- diode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/381—Dispersed generators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
- H02M1/34—Snubber circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
- H02J2300/22—The renewable source being solar energy
- H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/30—The power source being a fuel cell
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
- H02M1/34—Snubber circuits
- H02M1/342—Active non-dissipative snubbers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
Abstract
Es wird ein Wechselrichter zur Umwandlung einer an Gleichspannungsanschlüssen liegenden Gleichspannung in eine über Wechselspannungsanschlüsse gelieferte Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom mit einer mit den Gleichspannungsanschlüssen verbundenen ersten Reihenschaltung aus mindestens einem ersten elektronischen Schalter und einer ersten Induktivität zum Speichern der durchgeschalteten Energie und einer Mehrzahl von zweiten elektronischen Schaltern zum Weiterleiten der gespeicherten Energie vorgeschlagen, wobei einer der Gleich- und einer der Wechselspannungsanschlüsse an einem Neutralleiter liegen. Eine zweite Induktivität ist in enger Kopplung zur ersten Induktivität vorgesehen, wobei die beiden Induktivitäten jeweils über einen zweiten elektronischen Schalter ihre Energie an einen parallel zum Wechselspannungsanschluss liegenden Filterkondensator abgeben. Weiterhin ist ein Querzweig vorgesehen, der eine Reihenschaltung aus einem dritten getakteten Schalter und einem Kondensator zur Aufnahme der Energie von Streuinduktivitäten aufweist, und der mit der ersten Induktivität und der Reihenschaltung aus einem der zweiten Schalter und der zweiten Induktivität verbunden ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
- Wechselrichter zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung oder einen Wechselstrom sind allgemein bekannt, wobei bei diesen Wechselrichtern zwischen Wechselrichtern ohne galvanische Trennung, d. h. transformatorlosen Wechselrichtern, und solchen mit galvanischer Trennung, d. h. Transformator-Wechselrichtern, unterschieden wird. Die höchsten Wirkungsgrade werden mit transformatorlosen Wechselrichtern in Vollbrückenschaltung ohne Hochsetzstel ler erzielt, wie sie beispielsweise in der
DE 102 21 592 A1 beschrieben sind. Bei diesen Schaltungen schwankt das Potential der Quelle mit Netzfrequenz und halber Netzspannung gegenüber dem Erdpotential. Daher besteht eine Einschränkung in der Anwendbarkeit dieser Konzepte bei Quellen mit einer hohen Ableitkapazität gegenüber Erdpotential, wie es z. B. bei Solargeneratoren bestimmter Technologie, insbesondere Dünnschichtmodulen, der Fall ist. Desweiteren ist bei konventionellen transformatorlosen Wechselrichtern ohne Hochsetzsteller der Eingangsspannungsbereich durch die zur Einspeisung wenigstens erforderliche Spannung in Höhe der Amplitude der Netzspannung, also ca. 325 V bei einem Effektivwert von 230 V, nach unten begrenzt. - Weiterhin sind transformatorlose Konzepte, z. B. aus der
DE 196 42 522 C1 und derDE 197 32 218 C1 , bekannt, bei denen ein Anschluss des Solargenerators fest mit dem Neutralleiter verbunden ist und somit ein festes Potential gegenüber Erdpotential aufweist. Dadurch können auch bei beliebig hohen Ableitkapazitäten prinzipbedingt keine Ableitströme fließen. - Bei der
DE 196 42 522 C1 wird eine Drosselspule in einem ersten Taktabschnitt über zwei Schalter an eine Eingangsspannung, welche mit einem Eingangskondensator gepuffert wird, gelegt und Energie in der Drosselspule gespeichert. Im zweiten Taktabschnitt werden, je nach Polarität der Spannung an einem Ausgangskondensator, welche im Wesentlichen der Netzspannung entspricht, mehrere Schalter so konfiguriert, dass die in der Drosselspule gespeicherte Energie über Dioden und besagte Schalter an den Ausgang abgegeben werden kann. Von Nachteil bei dieser bekannten Schaltungsanordnung ist es, dass der Strom in den einzelnen Taktphasen durch eine Vielzahl von Halbleiterschaltern und Dioden fließt. In der ersten Taktphase sind immer zwei Schalter im Strompfad, in der zweiten Taktphase während der positiven Halbwelle zwei Schalter und zwei Dioden und in der negativen zwei Schalter und eine Diode. Hierdurch ergeben sich hohe Verluste und entsprechend ein schlechter Wirkungsgrad. Außerdem stellen die Schalter, gemeinsam mit den zugehörigen Ansteuerungen, einen erheblichen Aufwand dar und vermindern die Zuverlässigkeit. Diese Wechselrichter zeichnen sich somit durch eine hohe Komplexität und damit einen schlechten Wirkungsgrad, einen hohen Aufwand sowie eine verminderte Zuverlässigkeit aus. - Aus der
WO 94/09555 A1 - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wechselrichter zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom aus einer bezüglich eines Neutralleiters unipolaren Gleichspannungsquelle zu schaffen, die unter anderen durch Ausnutzung der Streuenergie einen hohen Wirkungsgrad bietet und auf einfachen, kostengünstigen, zuverlässigen und regelungstechnisch leicht beherrschbaren Strukturen beruht.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.
- Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.
- Dadurch, dass zusätzlich zu der mit dem ersten getakteten elektronischen Schalter verbundenen Induktivität eine zweite Induktivität in enger Kopplung zur ersten Induktivität vorgesehen ist und die beiden Induktivitäten jeweils über einen von zwei zweiten elektronischen Schaltern ihre Energie an einen parallel zum Wechselspannungsanschluss liegenden Filterkondensator abgeben, wobei ein eine Reihenschaltung aus einem dritten getakteten Schalter und einem Kondensator zur Aufnahme von Energie aus Streuinduktivitäten aufweisender Querzweig mit der ersten Induktivität und der Reihenschaltung aus einem der zweiten Schalter und der zweiten Induktivität verbunden ist, kann durch das Vorsehen des Querzweiges die in der unvermeidbaren Streuinduktivität der ersten Induktivität gespeicherte Energie aufgenommen und gezielt an den Ausgang weitergegeben werden und es finden keine unnötigen, mit Verlusten verbundenen Oszillationen innerhalb der Schaltung statt. Diese Maßnahme führt zu einer merklichen Erhöhung des Wirkungsgrades, eines der Hauptziele bei der Entwicklung von Wechselrichtern für die Photovoltaik. Weiterhin hat das Einfügen des Schalters in den Querzweig zur Folge, dass sich der Kondensator in der Halbwelle, in welcher die beschriebene Funktion nicht benötigt wird, nicht auf eine hohe Spannung auflädt. Diese hätte zur Folge, dass beim Wechsel der Netzpolarität kurzzeitig ein hoher Entladestrom-Impuls fließen würde.
- Besonders vorteilhaft ist, dass zwei Überspannung begrenzende Bauelemente z. B. Varistoren jeweils mit einer Induktivität und einer Diode verbunden sind, da diese die in den Induktivitäten gespeicherte Energie aufnehmen können, falls bei einer Notabschaltung des Wechselrichters alle Schalter gleichzeitig geöffnet werden. Dadurch wird vermieden, dass infolge extremer Überspannungen an den Halbleitern, wie im Stand der Technik, diese zerstört werden. Da die Überspannung begrenzende Bauelemente in der erfindungsgemäßen Anordnung keiner Pulsspannung ausgesetzt sind, können Varistoren verwendet werden. Der Einsatz dieser preiswerten und robusten Bauteile würde sich jedoch in getakteten Schaltungen verbieten, da Varistoren eine sehr hohe parasitäre Kapazität aufweisen, die bei jedem Takt umgeladen werden müsste. Im Stand der Technik werden zusätzlich Entkopplungsdioden oder so genannten TVS-Dioden (Transient Voltage Surpressor-Dioden (TransZorb-Dioden)) verwendet, die aber kostenaufwändiger sind. Durch die erfindungsgemäße Verwendung der Varistoren können sowohl die Sicherheit erhöht als auch die Kosten verringert werden.
- Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann auch mehrphasig ausgeführt werden, z. B. dreiphasig zur Einspeisung in das übliche öffentliche Drehstromnetz. In vorteilhafter Weise können als Gleichspannungsquelle ein oder mehrere Solargeneratoren, Brennstoffzellen, Batterien oder dergleichen verwendet werden.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Schaltung komplementär aufgebaut und der Pluspol des Solargenerators mit dem Neutralleiter verbunden, wodurch alle Zellen der Module des Solargenerators ein negatives Potential gegenüber dem Erdpotential ha ben, was sich bei bestimmten Solarzellentypen vorteilhaft auf den Wirkungsgrad auswirkt.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 die schaltungsgemäße Ausgestaltung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, -
2 Diagramme der an den Schaltern bei der Schaltungsanordnung nach1 auftretenden Pulsmuster, und -
3 Impulsdiagramme in vergrößertem Maßstab des ersten Schalters und des dritten Schalters, sowie ein Diagramm für den Strom des Kondensators im Querzweig. - Die in
1 dargestellte und als Wechselrichter ausgebildete Schaltungsanordnung weist eine Gleichspannungsquelle auf, die im Ausführungsbeispiel ein Solargenerator1 ist, der mit seinen Anschlüssen an einer positiven Leitung2 und einem Neutral- oder Erdleiter3 liegt. Dieser Solargenerator liefert eine Eingangsgleichspannung USG. - Zu dem Solargenerator
1 parallel ist ein Eingangskondensator C0 vorgesehen, der die Eingangsspannung USG puffert. Zwischen den Leitungen2 ,3 liegt die Reihenschaltung einer ersten Induktivität W1 und eines durch eine nicht dargestellte Steuereinheit getakteten Schalters S0, der als Transistor, vorzugsweise als MOS-FET oder als IGBT ausgebildet sein kann. Die Diode D0 ist für die eigentliche Funktion der Schaltung nicht erforderlich, ist aber im Falle von MOS-FETs inhärent vorhanden, bei IGBTs ist sie zusätzlich einzubauen und schützen diese Bauteile vor negativen Spannungen. - An den Verbindungspunkt zwischen dem ersten Schalter S0 und der Induktivität W1 ist ein zweiter Schalter SN angeschlossen, wobei eine Diode DN mit der Schaltstrecke des Schalters SN in Reihe liegt. Parallel zum Schalter liegt wiederum eine Diode D1, wobei für den Schalter SN und die Diode D1 das Gleiche gilt (auch für den weiter unten beschriebenen Schalter SP und die Diode D2), wie für den Schalter S0 und die Diode D0. Die Anode der Diode DN ist mit dem Ausgangs- oder Filterkondensator C2 verbunden.
- Eine weitere Diode DP ist mit ihrer Anode an den Neutralleiter
3 und mit ihrer Kathode an einen weiteren zweiten Schalter SP mit parallel liegender Diode D2 angeschlossen und eine zweite Induktivität W2 ist in Reihe zu der Schaltstrecke des Schalters SP geschaltet, wobei der Wicklungsanfang der Induktivität W2 ebenfalls mit dem Ausgangs- oder Filterkondensator C2 verbunden ist. Die Induktivitäten W1 und W2 sind miteinander gekoppelt. - Zwischen dem Verbindungspunkt des Wicklungsendes der ersten Induktivität W1 und des Schalters SN und dem Verbindungspunkt zwischen der Diode DP und dem Schalter SP ist ein Querzweig angeordnet, der aus der Reihenschaltung eines Schalters SC1 eines Kondensators C1 besteht, wobei eine Diode DC1 parallel zur Schaltstrecke des Schalters SC1 geschaltet ist.
- Die Induktivitäten W1, W2 speisen über die Schalter SN und SP einen Ausgangs- oder Filterkondensator C2, der mit einem Anschluss an dem Neutralleiter
3 liegt und mit dem anderen Anschluss zusammen mit der zweiten Induktivität W2 und der Diode DN mit einer Glättungs- oder Einspeisedrossel L1 verbunden ist, deren anderer Anschluss mit einer der Phasen L des Netzes4 verbunden ist, in das ein Wechselstrom eingespeist werden soll, wobei die Netzspannung mit UNetz bezeichnet wird. Der mit N/PE gekennzeichnete Neutralleiter3 bildet gleichfalls einen Wechselspannungsausgangsanschluss. - Die zwei gekoppelten Induktivitäten W1, W2 weisen Energiespeicher-Eigenschaften auf, wobei die Induktivität W1 doppelt genutzt wird, nämlich zur Einspeicherung der Energie und zur Erzeugung einer auf das Potential des Neutralleiters
3 bezogenen invertierten Ausgangsspannung. Die Wicklung der Induktivitäten W1, W2 sind über einen Kopplungsfaktor k (0 < k < 1) miteinander gekoppelt. - Eine vorteilhafte Dimensionierung ergibt sich, wenn die in den beiden Wicklungen induzierten Spannungen betragsmäßig gleich groß sind. Dies wird durch eine Wahl des Windungsverhältnisses W1/W2 erreicht, wobei k W2/W1 = 1 werden muss.
- Zwischen dem Wicklungsende der ersten Induktivität W1 und der Kathode der Diode DP ist ein erster Varistor (Voltage Dependent Resistor VDR) VDRP geschaltet und ein zweiter Varistor VDRN ist mit der Kathode der Diode DN und dem Wicklungsende der zweiten Induktivität W2 verbunden.
- In
2 sind die Impulsdiagramme der Schalter S0, SP und SN sowie die Netzspannung bzw. der Netzstrom mit einer Periode von beispielsweise TP = 20 ms dargestellt. - Die Einschaltdauer des Schalters S0 wird über einen nicht dargestellten Regelkreis, z. B. einen Pulsweiten-Modulator PWM, so eingestellt, dass sich in der Ausgangsdrossel L1 ein sinusförmige Strom einstellt, der dann in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird. Im Ausführungsbeispiel kann z. B. die Taktperiode TTakt des getakteten Schalters S0 60 μs betragen.
- Je nach Polarität der Netzspannung
4 bzw. der Polarität der Spannung des Kondensators C2 werden gemäß2 entweder der Schalter SN – im vorliegenden Falle während der negativen Halbwelle – oder der Schalter SP während der positiven Halbwelle dauernd geschlossen. Die gepufferte Eingangsspannung USG wird über den getakteten Schalter S0 an die erste Induktivität W1 gelegt, wodurch in der ersten Taktphase, in der der Schalter S0 durchgeschaltet ist, sich ein zeitlich zunehmender Strom in der Induktivität W1 aufbaut, verbunden mit einer Energiespeicherung. - In der negativen Halbwelle fließt bei geöffnetem Schalter S0 der Strom in der Induktivität W1 über den geschlossenen Schalter SN und die Diode DN in den Ausgangs- oder Filterkondensator C2. Die in dieser Weise pulsartig an den Filterkondensator C2 abgegebene Energie wird dort zu einer Kondensatorspannung aufintegriert und über die Glättungsdrossel L1 in das Netz
4 eingespeist. Die Schalter SP und SC1 sind dauerhaft geöffnet und die Induktivität W2 befindet sich im Leerlauf. - In der positiven Halbwelle ist der Schalter SN geöffnet und der Schalter SP geschlossen. Die in beiden Induktivitäten W1, W2 gespeicherte Energie führt zu einem positiven Stromfluss durch die Diode DP, durch den Schalter SP und durch die Induktivität W2 in den Kondensator C2 und entsprechend wie oben über die Glättungsdrossel L1 in das Netz
4 . - In
3 ist die Funktionsweise des Querzweiges mit dem Schalter SC1, der Diode DC1 und dem Kondensator C1 dargestellt. Der Kondensator C1 hat die Aufgabe, die in der unvermeidbaren Streuinduktivität der ersten Induktivität W1 gespeicherte Energie aufzunehmen und an den Ausgang weiterzuleiten. Hierzu wird in der positiven Halbwelle, wie in3 dargestellt ist, der Schalter SC1 kurz vor dem Öffnen des Schalters S0 geschlossen, d. h., die Verzögerungszeit zwischen dem Einschalten des dritten Schalters SC1 und dem Abschalten des ersten Schalters S0 beträgt TD. Die Einschaltzeit des dritten Schalters ist mit TSC1 bezeichnet. Dadurch ergibt sich ein Strompfad über die Diode DP, den Kondensator C1, den Schalter SC1 und die Induktivität W1, so dass die in der Streuinduktivität von W1 gespeicherte Energie auf den Kondensator C1 übertragen wird und diesen auflädt. Gleichzeitig fließt auch bereits, wie oben beschrieben, ein Strom über die Diode DP, den Schalter SP und die zweite Induktivität W2 in den Ausgang. - Der Kondensator C1 bildet mit der Streuinduktivität der ersten Induktivität W1 einen Schwingkreis, so dass sich der in
3 unten dargestellte Strom IC1 ergibt. Wie zu erkennen ist, kehrt sich die Stromflussrichtung in dem Kondensator C1 nach einer definierten Zeit (Nulldurchgang bei T01) wieder um, und es erfolgt ein Energiefluss über die Wicklung W1, die dann leitende Diode DC1, den Kondensator C1, den Schalter SP und die zweite Induktivität W2 in den Ausgang. Wesentlich ist dabei, dass der Schalter SC1 geöffnet wird, nachdem sich die Stromrichtung umge kehrt hat und der Strom durch die parallel liegende Diode DC1 fließt. Eine derartige Abschaltung des Schalters SC1 kann wegen der festen zeitlichen Abläufe von der nicht dargestellten Steuer- bzw. Regeleinheit entweder zeitgesteuert durchgeführt werden oder aber auch durch eine Erfassung der Stromrichtung in dem Querpfad. Bei einer zeitgesteuerten Einschaltung des dritten Schalters SC1 muss die Einschaltdauer TSC1 länger sein als die Zeit T01 bis zum ersten Nulldurchgang des Kondensatorstroms IC1 und kürzer als die Zeit T02 bis zum zweiten Nulldurchgang. Bei einer zustandsabhängigen Ansteuerung würde der Schalter SC1 durch den ersten Nulldurchgang T01 ausgeschaltet. - Wie in
3 erkennbar, endet der Umschwingvorgang beim nächsten Nulldurchgang T02 des Stromes IC1, da dann die Diode DC1 in Sperrrichtung liegt und der Schalter SC1, wie beschrieben, geöffnet wurde. Durch das beschriebene Timing wird erreicht, dass die in der Streuinduktivität gespeicherte Energie gezielt an den Ausgang weitergegeben werden kann und keine unnötigen, mit Verlusten verbundenen Oszillationen innerhalb der Schaltung stattfinden. Diese Maßnahme führt zu einer merklichen Erhöhung des Wirkungsgrades. - Weiterhin hat das Vorhandensein des in der negativen Halbwelle offenen Schalters SC1 zur Folge, dass sich der Kondensator C1 in der negativen Halbwelle nicht über die Diode DP auf eine hohe Spannung auflädt. Dies hätte zur Folge, dass beim Wechsel der Netzpolarität, bei dem der Schalter SN geöffnet wird und der Schalter SP geschlossen wird, kurzzeitig ein hoher Entladestrom-Impuls über den mit der ersten Induktivität W1, dem Kondensator C1, dem Schalter SP, der zweiten Induktivität W2 und dem Kondensator C2 gebildeten Stromkreis fließen würde.
- Wie aus
1 zu erkennen ist, sind die zwei Varistoren zwischen jeweiliger Induktivität und jeweiliger Diode geschaltet. Diese haben die Aufgabe, die in den Induktivitäten gespeicherte Energie aufzunehmen, falls bei einer Notabschaltung des Wechselrichters alle Schalter gleichzeitig geöffnet werden. Anders als in vielen üblichen Wechselrichtertopologien besteht bei dieser Anordnung kein inhärenter Strompfad, über den die Induktivität ihre Energie kontrolliert abgeben könnte, z. B. über Freilaufdioden in vorhandene Pufferkondensatoren. In der Folge würden extreme Überspannungen an den Halbleitern entstehen, die diese typischerweise zerstören würden. Gemäß der Schaltung nach1 ergeben sich im Falle einer Notabschaltung zwei Pfade für den Energieabbau. Wird die Grenzspannung der VDR-Widerstände überschritten, so kann ein Stromfluss in den Schleifen mit der ersten Induktivität W1, der Diode DP und dem Varistor VDRP sowie mit der zweiten Induktivität W2, der Diode DN und dem Varistor VDRN stattfinden. Im vorliegenden Fall können die preiswerten und robusten VDR-Widerstände eingesetzt werden, da sie keiner Pulsspannung ausgesetzt sind und die Spannung an ihnen sich vergleichsweise langsam mit Netzfrequenz, d. h. 50 Hz ändert. - Die Schaltung nach
1 kann komplementär aufgebaut werden. - Die Dioden DN und DP können auch als elektronische Schalter ausgeführt werden, wobei der der Diode DN entsprechende Schalter in der negativen Halbwelle asynchron zum ersten Schalter S0 und der der Diode DP entsprechende Schalter in der positiven Halbwelle angesteuert werden. Dadurch kann der Wirkungsgrad weiter erhöht werden.
Claims (12)
- Wechselrichter zur Umwandlung einer an Gleichspannungsanschlüssen liegenden Gleichspannung in eine über Wechselspannungsanschlüsse gelieferte Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom mit einer mit den Gleichspannungsanschlüssen verbundenen ersten Reihenschaltung aus mindestens einem ersten getakteten Schalter und einer ersten Induktivität zum Speichern der durchgeschalteten Energie und zwei weiteren elektronischen Schaltern zum Weiterleiten der gespeicherten Energie, wobei a) einer der Gleich- und einer der Wechselspannungsanschlüsse an einem Neutralleiter liegen, b) zwei weitere Induktivitäten in enger Kopplung zur ersten Induktivität vorgesehen sind, c) zwei weitere Reihenschaltungen aus jeweils einer der weiteren Induktivitäten, einem der weiteren elektronischen Schalter und einer Diode parallel zu einem Filterkondensator liegen, d) abhängig von der Polarität des Wechselstroms bzw. der Wechselspannung die zwei weiteren Schalter abwechselnd schalten, e) die beiden weiteren Induktivitäten jeweils über einen der weiteren elektronischen Schalter ihre Energie an den parallel zum Wechselspannungsanschluss liegenden Filterkondensator (C2) abgeben, dadurch gekennzeichnet, dass f) die erste Induktivität (W1) zugleich die erste der beiden weiteren Induktivitäten bildet, und g) ein Querzweig, der eine Reihenschaltung aus einem dritten getakteten Schalter (SC1) und einem Kondensator (C1) zur Aufnahme von Energie aus Streuinduktivitäten aufweist, mit der ersten Induktivität (W1) und der Reihenschaltung aus dem zweiten weiteren Schalter (SP) und der zweiten weiteren Induktivität (W2) verbunden ist.
- Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Schaltphase des ersten getakteten Schalters (S0) Energie in dem magnetischen Kreis der Induktivitäten (W1, W2) gespeichert wird und in der anderen Schaltphase in beiden Induktivitäten (W1, W2) eine Spannung derart induziert wird, dass über die zweiten weiteren Schalter (SN, SP) jeweils ein Ladestrom in den Filterkondensator (C2) fließt.
- Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum dritten Schalter (SC1) eine Diode (DC1) geschaltet ist.
- Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Indukti vität (W1) einerseits an den Neutralleiter (
3 ) angeschlossen ist und andererseits über den ersten weiteren Schalter (SN) und die Diode (DN) mit dem Wechselspannungsanschluss bzw. dem Filterkondensator (C2) verbunden ist und die zweite weitere Induktivität (W2) einerseits über den zweiten weiteren Schalter (SP) und die Diode (DP) an dem Neutralleiter (3 ) liegt und andererseits mit dem Wechselspannungsanschluss bzw. dem Filterkondensator (C2) verbunden ist. - Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der dritte Schalter (S0, SC1) derart taktweise angesteuert werden, dass der dritte Schalter (SC1) kurz vor dem Öffnen des ersten Schalters (S0) geschlossen wird.
- Wechselrichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Schalter (SC1) abhängig von der Stromflussrichtung im Kondensator (C1) öffnet.
- Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Überspannung begrenzende Bauelemente (VDRN, VDRP) zum Energieabbau jeweils mit einer Induktivität (W1, W2) und einer Diode (DN, DP) verbunden sind.
- Wechselrichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Überspannung begrenzenden Bauelemente Varistoren (VDRN, VDRP) sind.
- Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an die Gleichspannungsanschlüsse ein Solargenerator (
1 ), vorzugsweise mit mehreren Modulen, eine Brennstoffzelle und/oder eine Batterie angeschlossen sind. - Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die als Solargenerator (
1 ) ausgebildete Gleichspannungsquelle mit ihrem negativen Anschluss mit dem Neutralleiter (3 ) verbunden ist und alle Module der Gleichspannungsquelle ein positives Potential gegenüber dem Neutralleiter (3 ) aufweisen. - Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die als Solargenerator (
1 ) ausgebildete Gleichspannungsquelle mit ihrem positiven Anschluss mit dem Neutralleiter (3 ) verbunden ist und alle Module der Gleichspannungsquelle ein negatives Potential gegenüber dem Neutralleiter (3 ) aufweisen. - Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die den zwei weiteren Schaltern (SN, SP) zugeordneten Dioden (DN, DP) als elektronische Schalter ausgeführt sind.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102007029767A DE102007029767B3 (de) | 2007-06-22 | 2007-06-22 | Wechselrichter |
US12/665,372 US20100289334A1 (en) | 2007-06-22 | 2008-05-20 | Inverter |
PCT/EP2008/004124 WO2009000377A1 (de) | 2007-06-22 | 2008-05-20 | Wechselrichter |
EP08758720A EP2174408A1 (de) | 2007-06-22 | 2008-05-20 | Wechselrichter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102007029767A DE102007029767B3 (de) | 2007-06-22 | 2007-06-22 | Wechselrichter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102007029767B3 true DE102007029767B3 (de) | 2008-12-24 |
Family
ID=39702452
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102007029767A Expired - Fee Related DE102007029767B3 (de) | 2007-06-22 | 2007-06-22 | Wechselrichter |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20100289334A1 (de) |
EP (1) | EP2174408A1 (de) |
DE (1) | DE102007029767B3 (de) |
WO (1) | WO2009000377A1 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110019453A1 (en) * | 2007-11-30 | 2011-01-27 | Roberto Gonzalez Senosiain | Electric circuit for converting direct current into alternating current |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1994009555A1 (en) * | 1992-10-12 | 1994-04-28 | Central Research Laboratories Limited | Converter circuit arrangement |
DE19642522C1 (de) * | 1996-10-15 | 1998-04-23 | Dietrich Karschny | Wechselrichter |
DE19732218C1 (de) * | 1997-07-26 | 1999-03-18 | Dirk Schekulin | Transformatorlose Wechselrichter-Schaltungsanordnung |
DE10221592A1 (de) * | 2002-05-15 | 2003-12-04 | Fraunhofer Ges Forschung | Wechselrichter sowie Verfahren zum Umwandeln einer elektrischen Gleichspannung in einen Wechselstrom |
DE102006016284A1 (de) * | 2005-12-23 | 2007-07-05 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung oder einen Wechselstrom |
DE102006012164A1 (de) * | 2005-12-23 | 2007-07-05 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Wechselspannung oder eines Wechselstroms |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0813171B2 (ja) * | 1987-06-26 | 1996-02-07 | 株式会社ユタカ電機製作所 | 安定化電源装置 |
US4935861A (en) * | 1989-06-13 | 1990-06-19 | Exide Electronics | Uninterrupted power supply having no low frequency power magnetics |
US5434768A (en) * | 1993-02-12 | 1995-07-18 | Rompower | Fixed frequency converter switching at zero voltage |
US6069412A (en) * | 1993-03-29 | 2000-05-30 | Powerware Corporation | Power factor corrected UPS with improved connection of battery to neutral |
US6822427B2 (en) * | 2002-05-01 | 2004-11-23 | Technical Witts, Inc. | Circuits and circuit elements for high efficiency power conversion |
DE10327225A1 (de) * | 2003-06-17 | 2005-01-05 | Heinrich Hufnagel | Getakteter zur Last kommutierender Halbwellengenerator für Einphasesnwechselrichter |
US7319313B2 (en) * | 2005-08-10 | 2008-01-15 | Xantrex Technology, Inc. | Photovoltaic DC-to-AC power converter and control method |
EP1971018A1 (de) * | 2007-03-13 | 2008-09-17 | SMA Solar Technology AG | Schaltungsvorrichtung zum transformatorlosen Umwandeln einer Gleichspannung in eine Wechselspannung mittels zweier DC/DC Wandler und einem AC/DC Wandler |
KR101129388B1 (ko) * | 2007-04-30 | 2012-03-26 | 삼성전자주식회사 | 다중 출력을 갖는 전원공급장치 |
DE102007028077B4 (de) * | 2007-06-15 | 2009-04-16 | Sma Solar Technology Ag | Vorrichtung zur Einspeisung elektrischer Energie in ein Energieversorgungsnetz und Gleichspannungswandler für eine solche Vorrichtung |
DE102007028078B4 (de) * | 2007-06-15 | 2009-04-16 | Sma Solar Technology Ag | Vorrichtung zur Einspeisung elektrischer Energie in ein Energieversorgungsnetz und Gleichspannungswandler für eine solche Vorrichtung |
JP4764499B2 (ja) * | 2009-08-05 | 2011-09-07 | 本田技研工業株式会社 | Dc/dcコンバータ及びそのdc/dcコンバータを備えた電力供給システム |
-
2007
- 2007-06-22 DE DE102007029767A patent/DE102007029767B3/de not_active Expired - Fee Related
-
2008
- 2008-05-20 US US12/665,372 patent/US20100289334A1/en not_active Abandoned
- 2008-05-20 EP EP08758720A patent/EP2174408A1/de not_active Withdrawn
- 2008-05-20 WO PCT/EP2008/004124 patent/WO2009000377A1/de active Application Filing
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1994009555A1 (en) * | 1992-10-12 | 1994-04-28 | Central Research Laboratories Limited | Converter circuit arrangement |
DE19642522C1 (de) * | 1996-10-15 | 1998-04-23 | Dietrich Karschny | Wechselrichter |
DE19732218C1 (de) * | 1997-07-26 | 1999-03-18 | Dirk Schekulin | Transformatorlose Wechselrichter-Schaltungsanordnung |
DE10221592A1 (de) * | 2002-05-15 | 2003-12-04 | Fraunhofer Ges Forschung | Wechselrichter sowie Verfahren zum Umwandeln einer elektrischen Gleichspannung in einen Wechselstrom |
DE102006016284A1 (de) * | 2005-12-23 | 2007-07-05 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung oder einen Wechselstrom |
DE102006012164A1 (de) * | 2005-12-23 | 2007-07-05 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Wechselspannung oder eines Wechselstroms |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2174408A1 (de) | 2010-04-14 |
WO2009000377A1 (de) | 2008-12-31 |
US20100289334A1 (en) | 2010-11-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2027647B1 (de) | Vorrichtung zur einspeisung elektrischer energie in ein energieversorgungsnetz und gleichspannungswandler für eine solche vorrichtung | |
DE102006012164B4 (de) | Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Wechselspannung oder eines Wechselstroms | |
EP1369985B1 (de) | Wechselrichter zum Umwandeln einer elektrischen Gleichspannung in einen Wechselstrom oder eine Wechselspannung | |
EP2030299B1 (de) | Wechselrichter zur einspeisung elektrischer energie in ein energieversorgungsnetz | |
DE102008048841B3 (de) | Trennschaltung für Wechselrichter | |
DE102010046142A1 (de) | Modularer Schalter für einen elektrischen Umrichter, elektrischer Umrichter sowie Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Umrichters | |
EP2026457A1 (de) | Wechselrichter mit zwei Zwischenkreisen | |
DE102009052461A1 (de) | Wechselrichter-Schaltungsanordnung | |
EP2051357A1 (de) | Wechselrichter, insbesondere für Photovoltaikanlagen | |
DE102010060957A1 (de) | Verfahren zum Betreiben eines Gleichspannungswandlers | |
EP2026456A1 (de) | Wechselrichter | |
DE102012216691A1 (de) | Stromrichterschaltung und Verfahren zur Steuerung der Stromrichterschaltung | |
DE102017212462A1 (de) | Galvanisch gekoppelter elektrischer Wandler | |
DE60200710T2 (de) | Schaltnetzteil | |
DE102013102433A1 (de) | Wechselrichter für eine variable Eingangsgleichspannung | |
WO2009098093A2 (de) | Wechselrichteranordnung zum einspeisen von photovoltaisch gewonnener energie in ein öffentliches netz | |
DE102020007840A1 (de) | Aufwärtswandler zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, sowie Fahrzeug und Verfahren | |
DE102013212692A1 (de) | Energiespeichereinrichtung mit Gleichspannungsversorgungsschaltung | |
DE102014101571B4 (de) | Wechselrichter sowie verfahren zum betrieb eines wechselrichters | |
DE102012205335A1 (de) | Wechselrichter | |
DE102007029767B3 (de) | Wechselrichter | |
WO2007077031A1 (de) | Schaltungsanordnung mit doppeldrossel zur umwandlung einer gleichspannung in eine wechselspannung oder einen wechselstrom | |
DE102014012028A1 (de) | Vorrichtung und ein Verfahren zum Laden oder Entladen eines elektrischen Energiespeichers mit beliebigen Betriebsspannungen | |
DE202010007787U1 (de) | Gleichspannungssteller | |
AT402133B (de) | Steuereinrichtung für die energieversorgung eines verbraucherkreises eines gleichstromverbrauchers und ein verfahren zum betrieb einer derartigen steuereinrichtung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |