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Die
Erfindung bezieht sich auf einen netzseitigen Stromrichter für eine Umrichterschaltung.
Ein solcher netzseitiger Stromrichter wird im Folgenden auch als
Gleichrichter bezeichnet, ohne dass hierdurch rückspeisefähige Umrichterschalturigen
ausgeschlossen werden sollen.
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Eine
Umrichterschaltung wird insbesondere zur Ansteuerung eines Elektromotors,
z. B. für
eine Produktions- oder Werkzeugmaschine eingesetzt. Der Umrichter
ist hierbei dem Elektromotor und einem diesen speisenden Stromnetz
zwischengeschaltet und dient zur Umrichtung der Netzspannung in
eine meist mehrphasige Antriebsspannung für den Motor mit einstellbarer
Frequenz und Amplitude. Eine solche Umrichterschaltung umfasst üblicherweise
einen netzseitigen Stromrichter (Gleichrichter) sowie einen lastseitigen
Stromrichter (Wechselrichter), denen ein (Gleichspannungs-)Zwischenkreis
zwischengeschaltet ist. Der Wechselrichter ist üblicherweise durch einen selbstgeführten Pulsstromrichter
gebildet. Bei rückspeisefähigen Umrichterschaltungen
ist häufig
auch der Gleichrichter durch einen selbstgeführten Pulsstromrichter gebildet.
Solche Gleichrichter werden auch als AFE (Active Front End) bezeichnet.
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Ein
solcher Gleichrichter weist allgemein einen Hochpotentialanschluss
und einen Niederpotentialanschluss auf, die an die Hochpotentialschiene bzw.
Niederpotentialschiene des Zwischenkreises der Umrichterschaltung
anschließbar
sind. Zwischen diese Anschlüsse
ist eine Anzahl von aktiven Halbbrücken geschaltet, von denen
jeweils eine einer Netzphase des anzuschließenden Stromnetzes zugeordnet
ist. Zum Anschluss dieser Netzphase weist jede Halbbrücke eine
entsprechende Phasenklemme auf, die die jeweilige Halbbrücke in einen
Hochpotentialabschnitt und einen Niederpotentialabschnitt teilt. In
beiden Abschnitten ist innerhalb jeder Halbbrücke jeweils ein Halbleiterschalter
mit einer parallel geschalteten Freilaufdiode angeordnet. Jeder
Phasenklemme (und somit jeder Halbbrücke) ist weiterhin netzseitig
eine Kommutierungsinduktivität
vorgeschaltet.
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Zur
Pufferung und Stabilisierung der im Zwischenkreis anliegenden Zwischenkreisspannung
ist in den Zwischenkreis einer Umrichterschaltung in der Regel eine
vergleichsweise große
Kapazität,
insbesondere in Form eines Elektrolytkondensators, geschaltet.
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Problematisch
bei einer solchen Umrichterschaltung sind insbesondere kurzzeitige
Netzunterbrechungen, bei denen sich die Zwischenkreiskapazität ganz oder
teilweise entlädt.
Aufgrund des in der Regel sprunghaften Anstiegs der Netzspannung
bei Netzwiederkehr kommt es häufig
zu hohen Nachladeströmen über die
Freilaufdioden des Gleichrichters, die zur Zerstörung der Freilaufdioden führen können. Das
Risiko schädlicher
Nachladströme
ist umso größer, je
größer die
Zwischenkreiskapazität gewählt ist.
Der zu erwartende Anstieg der Nachladeströme werden andererseits begrenzt
durch die dem Gleichrichter vorgeschalteten Kommutierungsinduktivitäten.
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Um
Schäden
aufgrund von Nachladeströmen
zu vermeiden, werden bei herkömmlichen
Umrichterschaltungen die Diodenflächen des Gleichrichters üblicherweise
hinreichend überdimensioniert,
so dass das Grenzlastintegral der Diodenflächen über den maximal zu erwartenden
Lastintegral liegt.
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Bei
hochfrequent taktenden Gleichrichtern, wie sie derzeit in Entwicklung
sind, ist eine hinreichende Überdimensionierung
der netzseitigen Freilaufdioden aber mit einem erheblich steigenden
Kostenaufwand verbunden, da bei solchen Gleichrichtern die Kommutierungsinduktivitäten aufgrund
der hohen Taktfrequenz kleiner dimensioniert werden können. Als
hochfrequent taktend werden hierbei insbesondere Gleichrichter mit
einer Taktfrequenz von deutlich oberhalb von 16 kHz bezeichnet.
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Zur
Begrenzung der Ladeströme
werden andererseits häufig
Ladewiderstände
eingesetzt, die entweder im Zwischenkreis in Serie mit der Zwischenkreiskapazität oder im
Stromnetz angeordnet sind, und die im Normalbetrieb der Umrichterschaltung
durch Schaltrelais überbrückt sind.
Die infolge kurzzeitiger Netzunterbrechungen auftretenden Nachladeströme können solche
Begrenzungsschaltungen allerdings aufgrund der vergleichsweise langen
Schaltzeit der Schaltrelais nicht oder nur ungenügend abfangen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber Netzunterbrechungen
robusten, aber gleichzeitig einfachen und kostengünstigen
Gleichrichter für
eine Umrichterschaltung anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Anspruchs 1. Danach ist bei einem Gleichrichter
der vorstehend beschriebenen Art den aktiven Halbbrücken ein
Ladekreis parallelgeschaltet. Im Rahmen dieses Ladekreises ist jedem Halbleiterschalter
eine zusätzliche
Ladediode zugeordnet, die diesem Halbleiterschalter und der jeweils vorgeschalteten
Kommutierungsinduktivität
parallelgeschaltet ist. Mit anderen Worten sind die Ladedioden derart
geschaltet, dass sie den zugeordneten Halbleiterschalter und die
zugehörige
Kommutierungsinduktivität überbrücken.
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Die
Ladedioden dienen erfindungsgemäß zur Aufnahme
des zumindest überwiegenden
Anteils der Ladeströme,
genauer des durch diese Ladeströme
verursachten Lastintegrals, und somit zur wirksamen Entlastung der
Freilaufdioden. Diese Wirkung wird insbesondere dadurch erzielt,
dass die Ladedioden im Gegensatz zu den Freilaufdioden die Kommutierungsinduktivitäten überbrücken. Letztere
wirken einem sprunghaften Stromanstieg nach Netzwiederkehr induktiv
entgegen, so dass die Ladeströme
bevorzugt über
den Ladekreis abgeleitet werden.
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Der
Begriff „Ladedioden” ist primär zur begrifflichen
Unterscheidung dieser Dioden von den Freilaufdioden des Gleichrichters
gewählt.
Er ist aber insofern auch charakterisierend für die baulichen Merkmale dieser
Dioden, als die Ladedioden notwendigerweise derart zu dimensionieren
sind, dass sie die zu erwartenden Ladeströme aufnehmen können. Zweckmäßigerweise
sind die Ladedioden insbesondere derart dimensioniert, dass ihr
Grenzlastintegral das Grenzlastintegral der jeweils zugeordneten
Freilaufdiode übersteigt.
Da den Ladedioden im Normalbetrieb der Umrichterschaltung keine
signifikante Stromführungsfunktion
zukommt, können
die Ladedioden dennoch durch vergleichsweise preisgünstige Bauteile
realisiert werden. Insbesondere müssen an die Verlustleistung
der Ladedioden keine hohen Anforderungen gesetzt werden.
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Der
Ladekreis wird bevorzugt nicht nur zur Nachladung des Zwischenkreises
bei kurzzeitigen Netzunterbrechungen, sondern auch zur so genannten
Vorladung des Zwischenkreises verwendet. Hierunter wird die Aufladung
des Zwischenkreises aus dem spannungslosen Zustand, insbesondere
nach dem Einschalten der Umrichterschaltung, verstanden. Im Rahmen
des Ladekreises ist hierzu jeder Ladediode ein Vorladewiderstand
mit einem parallel geschalteten Bypassschalter in Serie geschaltet.
Der Vorladewiderstand und der Bypassschalter ist der zugehörigen Ladediode
insbesondere netzseitig vorgeschaltet.
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Im
Sinne einer vereinfachten Schaltung teilen sich jeweils die derselben
Netzphase zugeordneten Ladedioden einen gemeinsamen Vorladewiderstand
mit parallel geschaltetem Bypassschalter. Der Vorladewiderstand
und der Bypassschalter sind hierbei also den beiden derselben Netzphase
zugeordneten Ladedioden netzseitig vorgeschaltet.
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Die
Bypassschalter sind in zweckmäßiger Ausgestaltung
derart eingerichtet oder steuerungstechnisch beschaltet, dass sie öffnen, wenn
die Zwischenkreisspannung einen vorgegebenen Entladeschwellwert
unterschreitet, und schließen,
wenn die Zwischenkreisspannung einen vorgegebenen Vorladeschwellwert überschreitet.
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Im
Normalbetrieb des Gleichrichters sind die Bypassschalter geschlossen
(also leitend). Bedingt durch die Schaltzeit der Bypassschalter
bleiben die Bypassschalter auch bei kurzzeitigen Netzunterbrechungen
geschlossen, so dass die Nachladeströme niederohmig über die
Ladedioden geführt
sind. Um die Bypassschalter bei kurzzeitigen Netzunterbrechungen
sicher geschlossen zu halten, ist bezüglich der Bypassschalter optional
zusätzlich
eine Schalthysterese vorgesehen. Der Entladeschwellwert ist hierbei
kleiner gewählt
als der Vorladeschwellwert.
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Die
Bypassschalter sind zweckmäßigerweise – insbesondere
mechanisch – miteinander
schaltungstechnisch gekoppelt, so dass sie stets gleichzeitig schalten.
Die Bypassschalter sind bevorzugt durch elektromechanische Schaltrelais
gebildet. Optional sind die Bypassschalter durch jeweils einen Pol eines
oder mehrerer mehrpoliger Schalter gebildet.
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Den
Kommutierungsinduktivitäten
und den Netzanschlüssen
des Vorladekreises ist innerhalb des Stromnetzes vorzugsweise ein
Netzschalter zwischengeschaltet, mit dem die Halbleiterschalter
und Freilaufdioden des Gleichrichters während der Vorladung vollständig vom
Netz getrennt werden können. Der
insbesondere durch einen Schütz
gebildete Netzschalter ist vorzugsweise wiederum derart ausgebildet
und angesteuert, dass er öffnet,
wenn die Zwischenkreisspannung einen vorgegebenen Entladeschwellwert
unterschreitet, und schließt,
wenn die Zwischenkreisspannung einen vorgegebenen Vorladeschwellwert überschreitet.
Der Entladeschwellwert und der Vorladeschwellwert des Netzschalters
sind insbesondere den jeweils entsprechenden Schwellwerten der Bypassschalter
angepasst, so dass der Netzschalter gleichzeitig mit den Bypassschaltern schaltet.
Die Schaltcharakteristik des Netzschalters kann ebenfalls eine Hysterese
aufweisen. Der Netzschalter ist zweckmä ßigerweise auch auslösungstechnisch,
insbesondere mechanisch, mit den Bypassschaltern gekoppelt.
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Bei
den Freilaufdioden handelt es sich bevorzugt um eine integrierte
Bodydiode des parallelen Halbleiterschalters oder um eine Siliziumcarbid (SiC-)Diode.
Solche Dioden sind vergleichsweise verlustarm und entsprechend teuer,
können
aber in der Regel nur einen vergleichsweise geringen Spitzenstrom
aufnehmen.
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Bei
den im Rahmen des Gleichrichters eingesetzten Halbleiterschaltern
handelt es sich vorzugsweise um bidirektional stromführende Unipolartransistoren,
insbesondere MOSFETs oder JFETs.
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In
einer weiter vereinfachten Ausführung
des Ladekreises ist zumindest eine der Ladedioden zusammen mit dem
zugehörigen
Bypassschalter durch ein integriertes Halbleiterbauteil, insbesondere
einen Thyristor, gebildet.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in
einem schematisch vereinfachten Schaltbild einen netzseitigen Stromrichter
(Gleichrichter) einer Umrichterschaltung,
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2 in
Darstellung gemäß 1 eine
alternative Ausführungsform
des Gleichrichters.
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Einander
entsprechende Teile und Größen sind
in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Der
in 1 dargestellte Gleichrichter 1 ist Teil
einer Umrichterschaltung, die einem Stromnetz 2 mit Netzphasen
L1, L2, L3 und einem nicht dargestellten Elektromotor zwischengeschaltet
ist. Die Umrichterschaltung umfasst neben dem Gleichrichter 1 einen
(nicht dargestellten) motorseitigen Stromrichter (Wechselrichter).
Diese beiden Stromrichter sind durch einen (Gleichspannungs-)Zwischenkreis 3 verbunden.
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Der
Zwischenkreis 3 führt
eine Zwischenkreisspannung Uz. Er umfasst eine Hochpotentialschiene 4,
die ein elektrisches Potential +Uz/2 führt, sowie eine Niederpotentialschiene 5,
die ein demgegenüber
erniedrigtes elektrisches Potential –Uz/2 führt. In den Zwischenkreis 3 sind
mehrere in Serie geschaltete Zwischenkreiskondensatoren 6 geschaltet,
die eine Zwischenkreiskapazität
bilden.
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Der
Gleichrichter 1 ist mit einem Hochpotentialanschluss 10 mit
der Hochpotentialschiene 4, und mit einem Niederpotentialanschluss 11 mit
der Niederpotentialschiene 5 des Zwischenkreises 3 verbunden.
Innerhalb des Gleichrichters 1 sind den Anschlüssen 10 und 11 drei
zueinander parallele aktive Halbbrücken 12a, 12b, 12c zwischengeschaltet,
die über
je eine korrespondierende Phasenklemme 13a, 13b, 13c mit
einer korrespondierenden Netzphase L1 bzw. L2 bzw. L3 verschaltet
sind.
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Zwischen
der Phasenklemme 13a bis 13c jeder Halbbrücke 12a bis 12c und
dem Hochpotentialanschluss 10 ist in jeder Halbbrücke 12a bis 12c jeweils
ein hochpotentialseitiger Halbleiterschalter 14a, 14b, 14c angeordnet.
Jedem der Halbleiterschalter 14a bis 14c ist hierbei
eine hochpotentialseitige Freilaufdiode 15a, 15b bzw. 15c parallelgeschaltet.
Zwischen der Phasenklemme 13a bis 13c und dem
Niederpotentialanschluss 11 ist innerhalb jeder Halbbrücke 12a bis 12c jeweils
ein niederpotentialseitiger Halbleiterschalter 16a, 16b bzw. 16c angeordnet. Diesen
Halbleiterschaltern 16a bis 16c ist jeweils eine
niederpotentialseitige Freilaufdiode 17a, 17b bzw. 17c parallelgeschaltet.
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Bei
den Halbleiterschaltern 14a bis 14c und 16a bis 16c handelt
es sich um (im Ruhezustand sperrende) MOSFETs. Alternativ hierzu
könnten
die Halbleiterschalter 14a bis 14c und 16a bis 16c in Form
von JFETs realisiert sein. Die jeweils in Sperrrichtung gegen das
im Zwischenkreis 3 herrschende Span nungsgefälle geschalteten
Freilaufdioden 15a bis 15c und 17a bis 17c werden
durch die interne Bodydiode des jeweils zugeordneten Halbleiterschalters 14a bis 14c und 16a bis 16c gebildet.
Alternativ hierzu können
die Freilaufdioden 15a bis 15c und 17a bis 17c durch
separate SiC-Dioden gebildet sein.
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Den
Phasenklemmen 13a bis 13c, und damit den Halbbrücken 12a bis 12c ist
jeweils netzseitig eine Kommutierungsinduktivität 18a, 18b bzw. 18c vorgeschaltet.
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Der
Gleichrichter 1 umfasst weiterhin einen Ladekreis 20.
Dieser Ladekreis 20 ist durch eine Brückenschaltung gebildet, die
aus drei jeweils einer der Netzphasen L1, L2 bzw. L3 und dem Hochpotentialanschluss 10 zwischengeschalteten,
hochpotentialseitigen Ladedioden 21a, 21b und 21c sowie
drei jeweils einer Netzphase L1, L2, L3 und dem Niederpotentialanschluss 11 zwischengeschalteten,
niederpotentialseitigen Ladedioden 22a, 22b und 22c besteht. Die
die jeweiligen Ladedioden 21a und 22a bzw. 21b und 22b bzw. 21c und 22c mit
den jeweils zugehörigen
Netzphasen L1 bzw. L2 bzw. L3 verbindenden Netzanschlüsse 23a, 23b bzw. 23c des
Ladekreises 20 sind dabei der jeweils zugeordneten Kommutierungsinduktivität 18a bis 18c netzseitig
vorgeschaltet. Mit anderen Worten ist jeweils eine der Ladedioden 21a bis 21c einem
der Halbleiterschalter 14a bis 14c und der jeweils
zugeordneten Kommutierungsinduktivität 18a bis 18c parallelgeschaltet,
während
jeweils eine der Ladedioden 22a bis 22c einem
der Halbleiterschalter 16a, 16b bzw. 16c und
der jeweils zugeordneten Kommutierungsinduktivität 18a bis 18c parallelgeschaltet
ist. Die wiederum in Sperrrichtung bezüglich des im Zwischenkreis 3 herrschenden Spannungsgefälles geschalteten
Ladedioden 21a bis 21c und 22a bis 22c sind
mit noch anderen Worten derart mit dem Zwischenkreis 3 verschaltet,
dass sie die Kommutierungsinduktivitäten 18a bis 18c überbrücken.
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Im
Normalbetrieb der Umrichterschaltung wird der Gleichrichter 1 in
an sich üblicher
Weise unter gepulster Ansteuerung der Halbleiterschalter 14a bis 14c und 16a bis 16c betrieben, wobei
die Pulsfrequenz dieser Ansteuerung im kHz-Bereich liegt und somit
die Frequenz der Netzspannung um mehrere Größenordnungen übersteigt.
Dabei wird insbesondere im Zwischenkreis 3 eine Zwischenkreisspannung
Uz eingestellt, die die verkettete Netzspannung deutlich übersteigt.
Der Stromfluss zwischen dem Zwischenkreis 3 und dem Stromnetz 2 erfolgt
deshalb im Normalbetrieb ausschließlich über die aktiven Halbbrücken 12a bis 12c des
Gleichrichters 1, während
der Ladekreis 20 inaktiv ist.
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Ein
Stromfluss über
die Ladedioden 21a bis 21c und 22a bis 22c findet
dagegen dann statt, wenn die Zwischenkreisspannung Uz die verkettete
Netzspannung unterschreitet. Dies ist insbesondere beim Vorladen
des Zwischenkreises 3 nach dem Einschalten der Umrichterschaltung
sowie bei der Netzwiederkehr nach einer kurzzeitigen Netzunterbrechung der
Fall. In beiden Fällen
verursachen die Zwischenkreiskondensatoren 6 unter Wirkung
des sich sprunghaft aufbauenden Spannungsgefälles zwischen der Netzspannung
und dem Zwischenkreis 3 hohe Ladeströme. Diese Ladeströme werden
durch die Kommutierungsinduktivitäten 18a bis 18c induktiv gedrosselt.
Die Ladeströme
fließen
daher vorrangig über
die Ladedioden 21a bis 21c und 22a bis 22c, während die
Freilaufdioden 15a bis 15c und 17a bis 17c entlastet
werden.
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Um
zu vermeiden, dass bei einem Nullzeigerzustand – d. h. wenn alle hochpotentialseitigen Halbleiterschalter 14a bis 14c oder
alle niederpotentialseitigen Halbleiterschalter 16a bis 16c leitend
sind – die
Ladedioden 21a bis 21c und 22a bis 22c im
getakteten Normalbetrieb stromführend
werden, sind zwischen den Ladekreis 20 einerseits und die
Halbbrücken 12a bis 12c andererseits
sowohl hochpotentialseitig als auch niederpotentialseitig je ein
Schalter 24 bzw. 25 geschaltet, mit denen der
Ladekreis 20 von den aktiven Halbbrücken 12a bis 12c,
und somit auch vom Zwischenkreis 3 elektrisch getrennt
werden kann. Die Schalter 24 und 25 sind wahlweise
als Halbleiterbauelemente wie IGBTs oder Thyristoren mit Löschbeschaltung
oder als elektromechanische Schalter, z. B. Schütze oder Relais, ausgebildet.
Die Schalter 24 und 25 werden durch entsprechende
Ansteuerung immer dann geöffnet
(d. h. elektrisch sperrend geschaltet), wenn die aktiven Halbbrücken 12a bis 12c taktend
betrieben werden, und immer dann geschlossen (d. h. elektrische
leitend durchgeschaltet), wenn z. B. infolge zusammengebrochener
Netzspannung und/oder Unterspannung im Zwischenkreis 3 die
Taktung ausgesetzt ist.
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In
einer nicht dargestellten Variante des Gleichrichters 1 entfallen
die Schalter 24 und 25. Dafür ist für jede Ladediode 21a bis 21c und 22a bis 22c jeweils
ein abschaltbarer Leistungsschalter (z. B. ein Thyristor mit Löschbeschaltung)
eingesetzt. Diese Leistungsschalter sind dabei in Abhängigkeit
der jeweils anliegenden Spannung aktiv derart angesteuert, dass
sie das Schaltverhalten der Ladedioden 21a bis 21c und 22a bis 22c und
der Schalter 24 und 25 nachbilden, d. h. den Ladekreis 20 vom
Zwischenkreis 3 trennen, solange die aktiven Halbbrücken 12a bis 12c getaktet
betrieben sind, und ein diodenartiges Schaltverhalten zeigen, wenn
die Taktung ausgesetzt ist.
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Die
in 2 dargestellte Variante des Gleichrichters 1 gleicht – soweit
nicht im Folgenden anders beschrieben – der vorstehend beschriebenen Ausführungsform.
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Abweichend
von 1 umfasst gemäß 2 der
Ladekreis 20 zusätzlich
drei Ladewiderstände 30a bis 30c mit
einem jeweils parallel geschalteten Bypassschalter 31a bis 31c.
Jeder Vorladewiderstand 30a bis 30c ist hierbei – zusammen
mit dem zugeordneten Bypassschalter 31a bis 31c – jeweils
zwischen eine der Netzphasen L1, L2 bzw. L3 und die dieser Netzphase
L1, L2, L3 zugeordneten Ladedioden 21a und 22a bzw. 21b und 22b bzw. 21c und 22c geschaltet.
Mit anderen Worten sind jeweils die einer gemeinsamen Netzphase
L1 bis L3 zugeordneten Ladedioden 21a und 22a bzw. 21b und 22b bzw. 21c und 22c jeweils
mit demselben Vorladewiderstand 30a bis 30c verschaltet.
Die Bypassschalter 31a bis 31c werden jeweils
durch einen Pol eines dreipoligen Schaltrelais 32 gebildet.
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Weiterhin
abweichend von der Ausführungsform
gemäß 1 ist
gemäß 2 den
Netzanschlüssen 23a bis 23c und
den jeweils zugeordneten Kommutierungsinduktivitäten 18a bis 18c ein
dreipoliger Netzschalter 33 in Form eines Schützes zwischengeschaltet.
Der Netzschalter 33 ist hierbei zusätzlich zu einem Hauptschütz 34 vorgesehen,
der wiederum den Netzanschlüssen 23a bis 23c netzseitig
vorgeschaltet ist.
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Das
Schaltrelais 32 und der Netzschalter 33 sind auslösungstechnisch,
insbesondere mechanisch, gekoppelt, so dass der Netzschalter 33 und
die Bypassschalter 31a bis 31c stets gleichzeitig
schalten. Der Netzschalter 33 und die Bypassschalter 31a bis 31c werden
hierbei durch eine (nicht dargestellte) Steuerschaltung in Abhängigkeit
der Zwischenkreisspannung Uz derart angesteuert, dass der Netzschalter 33 und
die Bypassschalter 31a bis 31c schließen (d.
h. in einen leitenden Zustand schalten), wenn die Zwischenkreisspannung
Uz einen vorgegebenen Vorladeschwellwert von beispielsweise 95% überschreitet,
und öffnen
(d. h. in einen sperrenden Zustand schalten), wenn die Zwischenkreisspannung Uz
einen vorgegebenen Entladeschwellwert von beispielsweise 85% unterschreitet.
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Die
den Netzschalter 33 und die Bypassschalter 31a bis 31c ansteuernde
Steuerschaltung ist beispielsweise durch eine Komparatorschaltung
gebildet.
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Beim
Einschalten der Umrichterschaltung durch Schließen des Hauptschützes 34 sind
der Netzschalter 33 und die Bypassschalter 31 bis 31c zunächst geöffnet. Die
aktiven Halbbrücken 12a bis 12c,
und somit auch die Freilaufdioden 15a bis 15c und 17a bis 17c sind
somit vollständig
vom Netz getrennt Der Zwischenkreis 3 wird in diesem Zustand über die
Vorladewiderstände 30a bis 30c und
die Ladedioden 21a bis 21c und 22a bis 22c geladen.
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Sobald
die Zwischenkreisspannung Uz den Vorladeschwellwert überschreitet,
werden der Netzschalter 33 und die Bypass schalter 31a bis 31c geschlossen.
Der Ladevorgang wird danach über
die aktiven Halbbrücken 12a bis 12c sowie – solange
die Zwischenkreisspannung Uz die verkettete Netzspannung unterschreitet – auch über den
Ladekreis 20 fortgesetzt, bis die Zwischenkreisspannung
Uz ihren Nennwert erreicht.
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Sobald
die Zwischenkreisspannung Uz den Vorladeschwellwert überschreitet,
erfolgt die Taktfreigabe der Halbleiterschalter 14a bis 14c und 16a bis 16c.
Der Gleichrichter geht somit in den Normalbetrieb über. In
diesem Zustand sind neben dem Hauptschütz 34 und dem Netzschalter 33 auch
die Bypassschalter 31a bis 31c geschlossen. Hierdurch
sind die Vorladewiderstände 30a bis 30c durch
die parallel geschalteten Bypassschalter 31a bis 31c überbrückt.
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Bei
einer Netzunterbrechung sinkt die Zwischenkreisspannung Uz mit zunehmender
Entladung der Zwischenkreiskondensatoren 6 ab. Der Netzschalter 33 und
die Bypassschalter 31a bis 31c bleiben hierbei
zunächst
geschlossen, bis die Zwischenkreisspannung Uz den Entladeschwellwert
unterschreitet. Auch danach bleiben der Netzschalter 33 und
die Bypassschalter 31a bis 31c aufgrund der Schaltträgheit des
Netzschalters 33 und des Schaltrelais 32 noch
während
einer baubedingten Schaltzeit der Schalter 32 und 33 geschlossen.
Wenn während
dieser Dauer die Netzwiederkehr erfolgt, wird der Zwischenkreis 3 – wie im
Zusammenhang mit 1 näher erläutert – niederohmig über die
Ladedioden 21a bis 21c und 22a bis 22c des
Ladekreises geladen, während
der durch die aktiven Halbbrücken 12a bis 12c fließende Anteil
des Ladestroms durch die Kommutierungsinduktivitäten 18a bis 18c induktiv gedrosselt
wird.