DE102009039195A1

DE102009039195A1 - N-level electrical power converter has one connection point for one potential and another connection point for another potential

Info

Publication number: DE102009039195A1
Application number: DE102009039195A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Brückner; Roland Dr.-Ing. Jakob
Original assignee: Converteam GmbH
Current assignee: GE Energy Power Conversion GmbH
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2011-03-03
Also published as: DE102009039195A8

Abstract

The N-level electrical power converter has a connection point (a) for a potential (positive DC) and another connection point (d) for another potential (negative DC). A connection (AC) is provided for an alternating voltage. The multiple diode units (D1,D2) and multiple switching units (Tx,Ty) are provided to the converter. Only one diode unit is present between the former potential and the connection and likewise only one diode unit is present between the connection and the latter potential.

Description

Die Erfindung betrifft einen n-stufigen elektrischen Stromrichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an n-stage electric power converter according to the preamble of claim 1.

Beispielsweise zum Anschluss eines Elektromotors ist es bekannt, die Spannung eines Energieversorgungsnetzes gleichzurichten, um dann den Elektromotor mit Hilfe eines Gleichspannungszwischenkreises und eines elektrischen Stromrichters anzutreiben. Weiterhin ist es bekannt, mehrstufige Stromrichter vorzusehen, beispielsweise auch sogenannte NPC-Stromrichter (NPC = neutral point clamped).For example, for connecting an electric motor, it is known to rectify the voltage of a power supply network, and then to drive the electric motor by means of a DC intermediate circuit and an electric power converter. Furthermore, it is known to provide multi-stage power converters, for example, so-called NPC power converters (NPC = neutral point clamped).

Es wird hierzu beispielsweise auf das Buch „High Power Converters and AC Drives” von Bin Wu aus dem Verlag Wiley, 2006, 8.2-1, Seite 144 verwiesen. Dort ist ein dreistufiger NPC-Stromrichter gezeigt, der pro Phase vier in Reihe geschaltete Schalteinrichtungen aufweist, die jeweils mit einer parallel geschalteten Freilaufdiode versehen sind. Den mittleren beiden Schalteinrichtungen sind zwei in Reihe geschaltete Dioden parallel geschaltet, deren gemeinsamer Anschlusspunkt ein Null-Potential bildet. Den vier Schalteinrichtungen sind zwei Kondensatoren parallel geschaltet, die einen Gleichspannungszwischenkreis bilden, und deren gemeinsamer Anschlusspunkt mit dem Null-Potential verbunden ist.It is for this purpose, for example, the book "High Power Converters and AC Drives" by Bin Wu, published by Wiley, 2006, 8.2-1, page 144 directed. There, a three-stage NPC power converter is shown, which has four series-connected switching devices per phase, which are each provided with a parallel-connected freewheeling diode. The middle two switching devices are connected in parallel two diodes connected in series whose common connection point forms a zero potential. The four switching devices are two capacitors connected in parallel, which form a DC intermediate circuit, and their common connection point is connected to the zero potential.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Stromrichter zu verbessern.The object of the invention is to improve the known power converters.

Diese Aufgabe wird durch einen n-stufigen Stromrichter nach dem Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by an n-stage power converter according to claim 1.

Die Erfindung stellt einen n-stufigen Stromrichter zur Verfügung, wobei n = 3, 4, ... sein kann. Bei dem Stromrichter sind ein Anschlusspunkt für ein erstes Potential und ein Anschlusspunkt für ein zweites Potential vorhanden. Weiterhin ist ein Anschluss für eine Wechselspannung vorhanden. Der Stromrichter weist eine Mehrzahl von Diodeneinrichtungen und eine Mehrzahl von Schalteinrichtungen auf. Zwischen dem ersten Potential und dem Anschluss für die Wechselspannung ist nur eine einzige Diodeneinrichtung vorhanden, und zwischen dem Anschluss für die Wechselspannung und dem zweiten Potential ist ebenfalls nur eine einzige Diodeneinrichtung vorhanden.The invention provides an n-stage power converter, where n = 3, 4, ... can be. The converter has a connection point for a first potential and a connection point for a second potential. Furthermore, a connection for an AC voltage is available. The power converter has a plurality of diode devices and a plurality of switching devices. Only a single diode device is present between the first potential and the AC voltage terminal, and only a single diode device is present between the AC voltage and the second potential terminal.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Stromrichters besteht darin, dass nicht jeder der Schalteinrichtungen eine Diode zugeordnet ist, sondern dass allen Schalteinrichtungen nur zwei Diodeneinrichtungen parallel geschaltet sind. Dies stellt nicht nur eine wesentliche Reduktion an erforderlichen elektronischen Bauelementen dar, sondern es wird auch der Aufbau des erfindungsgemäßen Stromrichters im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich vereinfacht. Weiterhin wird erreicht, dass der erfindungsgemäße Stromrichter geringere Verluste aufweist als vergleichbare bekannte Stromrichter.A significant advantage of the power converter according to the invention is that not every one of the switching devices is assigned a diode, but that only two diode devices are connected in parallel to all the switching devices. This not only represents a substantial reduction in required electronic components, but it also significantly simplifies the structure of the power converter according to the invention compared to the prior art. Furthermore, it is achieved that the power converter according to the invention has lower losses than comparable known power converters.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Schalteinrichtungen in Serie geschaltet und jede der beiden Diodeneinrichtungen ist zu jeweils n – 1 aufeinander folgenden Schalteinrichtungen parallel geschaltet. Dies ergibt einen besonders einfachen Aufbau der gesamten Schaltung mit einer geringen Anzahl von erforderlichen Bauelementen.In an advantageous embodiment of the invention, the switching devices are connected in series and each of the two diode devices is connected in parallel to each n-1 successive switching devices. This results in a particularly simple construction of the entire circuit with a small number of required components.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.Other features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, which are illustrated in the figures of the drawing. All described or illustrated features, alone or in any combination form the subject matter of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency and regardless of their formulation or representation in the description or in the drawing.

1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung, und 2 und 3 zeigen schematische Schaltpläne eines ersten und eines zweiten Ausführungsbeispiels der Schaltung der 1. 1 shows a schematic block diagram of an electrical circuit according to the invention, and 2 and 3 show schematic circuit diagrams of a first and a second embodiment of the circuit of 1 ,

In der 1 ist eine elektrische Schaltung 10 dargestellt, die einen drei- oder mehrstufigen elektrischen Stromrichter zum Inhalt hat. Die Schaltung 10 weist ein Stromrichtermodul 11 auf, das vier Anschlusspunkte a, b, c, d aufweist. Das Stromrichtermodul 11 stellt einen Platzhalter für unterschiedliche elektrische Bauelemente dar, mit deren Hilfe der drei- oder mehrstufige Stromrichter aufgebaut ist. Zwei Beispiele für derartige Stromrichter werden nachfolgend anhand der 2 und 3 erläutert.In the 1 is an electrical circuit 10 shown, which has a three- or multi-stage electric power converter to the content. The circuit 10 has a power converter module 11 on, which has four connection points a, b, c, d. The power converter module 11 represents a placeholder for different electrical components, with the help of the three- or multi-stage power converter is constructed. Two examples of such converters are described below with reference to 2 and 3 explained.

An dem Anschlusspunkt a der Schaltung 10 der 1 liegt ein erstes, positives Potential +DC und an dem Anschlusspunkt d liegt ein zweites, negatives Potential –DC an. Zwischen den Anschlusspunkten a, d ist eine Serienschaltung zweier Diodeneinrichtungen D1, D2 geschaltet, an deren gemeinsamen Anschlusspunkt ein Anschluss AC für eine Wechselspannung vorhanden ist. Weiterhin ist dieser gemeinsame Anschlusspunkt über eine Schalteinrichtung Tx mit dem Anschlusspunkt b und über eine Schalteinrichtung Ty mit dem Anschlusspunkt c verbunden.At the connection point a of the circuit 10 of the 1 is a first, positive potential + DC and at the connection point d is a second, negative potential -DC on. Between the connection points a, d, a series connection of two diode devices D1, D2 is connected, at whose common connection point a connection AC for an alternating voltage is present. Furthermore, this common connection point is connected to the connection point b via a switching device Tx and to the connection point c via a switching device Ty.

Bei jeder der Diodeneinrichtungen D1, D2 kann es sich um eine einzelne Diode oder auch um mehrere Dioden handeln. Sind mehrere Dioden vorhanden, so können diese Dioden parallel und/oder in Serie geschaltet sein. Die Ausgestaltung der beiden Diodeneinrichtungen D1, D2 hängt dabei beispielsweise von der strom- und/oder spannungsmäßigen Belastung der verwendeten Bauelemente im jeweiligen Anwendungsfall ab. Unabhängig von ihrer Ausgestaltung weist jede der Diodeneinrichtungen D1, D2 aber nur zwei Anschlusspunkte auf, über die die jeweilige Diodeneinrichtung D1, D2 mit der übrigen Schaltung 10 verbunden ist. Diese beiden Anschlusspunkte sind bei der Diodeneinrichtung D1 beispielhaft mit „A” und „K” gekennzeichnet.Each of the diode devices D1, D2 may be a single diode or a plurality of diodes. If several diodes are present, these diodes can be connected in parallel and / or in series. The design of the two Diode devices D1, D2 depends, for example, on the current and / or voltage loading of the components used in the respective application. Regardless of their configuration, each of the diode devices D1, D2 but only two connection points, via which the respective diode device D1, D2 with the rest of the circuit 10 connected is. These two connection points are exemplarily labeled "A" and "K" in the diode device D1.

Bei den Schalteinrichtungen Tx, Ty handelt es sich um elektronische Leistungshalbleiterbauelemente, wie beispielsweise um IGBTs (IGBT = insulated gate bipolar transistor), GTOs (GTO = gate turn off thyristor), MOSFETs (MOSFET = metal oxide semiconductor field effect transistor) oder dergleichen. Die Durchlassrichtung der Schalteinrichtung Tx ist dabei in Richtung zu dem gemeinsamen Anschlusspunkt gerichtet, die Durchlassrichtung der Schalteinrichtung Ty in Gegenrichtung.The switching devices Tx, Ty are electronic power semiconductor components, such as IGBTs (IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor), GTOs (GTO = gate turn off thyristor), MOSFETs (MOSFET = metal oxide semiconductor field effect transistor) or the like. The forward direction of the switching device Tx is directed in the direction of the common connection point, the forward direction of the switching device Ty in the opposite direction.

Wie bereits erwähnt, stellt das Stromrichtermodul 11 einen Platzhalter für unterschiedliche elektrische Bauelemente dar, die derart verschaltet sind, dass die gesamte Schaltung 10 einen drei- oder mehrstufigen Stromrichter darstellt. Dies bedeutet, dass das Stromrichtermodul 11 derart ausgebildet ist, dass an den Anschlusspunkten a, b, c, d des Stromrichtermoduls 11 derartige Ströme und Spannungen erzeugt werden, die zur Folge haben, dass an dem Anschluss AC entweder drei unterschiedliche Potentiale oder vier unterschiedliche Potentiale oder noch mehr unterschiedliche Potentiale vorhanden sind.As mentioned earlier, the power converter module provides 11 a placeholder for different electrical components, which are connected such that the entire circuit 10 represents a three- or multi-stage power converter. This means that the power converter module 11 is formed such that at the connection points a, b, c, d of the power converter module 11 Such currents and voltages are generated, which have the consequence that at the terminal AC either three different potentials or four different potentials or even more different potentials are present.

In dem Stromrichtermodul 11 gegebenenfalls vorhandene Schalteinrichtungen können dabei in Serie und/oder auch zueinander parallel geschaltet sein. Entsprechendes gilt für gegebenenfalls in dem Stromrichtermodul 11 vorhandene Diodeneinrichtungen.In the power converter module 11 optionally existing switching devices can be connected in series and / or also parallel to each other. The same applies, if appropriate, in the power converter module 11 existing diode devices.

In der 2 ist eine elektrische Schaltung 20 dargestellt, die einen dreistufigen Stromrichter 21 zum Inhalt hat. Die Schaltung 20 der 2 ist aus den Bauelementen D1, D2, Tx, Ty der 1 sowie aus dem dortigen Stromrichtermodul 11 aufgebaut. Das Stromrichtermodul 11 der 1 ist dabei in der 2 gestrichelt dargestellt und die Schalteinrichtungen Tx, Ty der 1 sind in der 2 als Schalteinrichtungen T2, T3 bezeichnet. Weiterhin sind in der 2 die Potentiale +DC, –DC, der Anschluss AC für die Wechselspannung sowie die Anschlusspunkte a, b, c, d des Stromrichtermoduls 11 vorhanden.In the 2 is an electrical circuit 20 shown a three-stage power converter 21 has to content. The circuit 20 of the 2 is from the components D1, D2, Tx, Ty the 1 as well as from the local power converter module 11 built up. The power converter module 11 of the 1 is in the process 2 shown in dashed lines and the switching devices Tx, Ty the 1 are in the 2 referred to as switching devices T2, T3. Furthermore, in the 2 the potentials + DC, -DC, the connection AC for the AC voltage and the connection points a, b, c, d of the power converter module 11 available.

In der 2 sind innerhalb des Stromrichtermoduls 11 zwei weitere Schalteinrichtungen T1, T4 vorhanden, die zusammen mit den Schalteinrichtungen T2, T3 eine Serienschaltung bilden, die den beiden Diodeneinrichtungen D1, D2 parallel geschaltet ist. Bei den Schalteinrichtungen T1, T4 handelt es sich um gleichartige Schalteinrichtungen wie bei den Schalteinrichtungen Tx, Ty bzw. T2, T3. Die Durchlassrichtungen aller vier Schalteinrichtungen T1, T2, T3, T4 ist gleich und die beiden Diodeneinrichtungen D1, D2 sind dazu in Gegenrichtung geschaltet.In the 2 are inside the power converter module 11 two further switching devices T1, T4 present, which together with the switching devices T2, T3 form a series circuit which is connected in parallel to the two diode devices D1, D2. The switching devices T1, T4 are similar switching devices as in the switching devices Tx, Ty or T2, T3. The forward direction of all four switching devices T1, T2, T3, T4 is the same and the two diode devices D1, D2 are connected in the opposite direction.

Den beiden mittleren Schalteinrichtungen T2, T3 ist eine Serienschaltung aus zwei Diodeneinrichtungen D3, D4 parallel geschaltet. Die beiden Diodeneinrichtungen D3, D4 sind in Gegenrichtung zu der Durchlassrichtung der Schalteinrichtungen T2, T3 geschaltet. Der gemeinsame Anschlusspunkt der beiden Diodeneinrichtungen D3, D4 stellt ein Null-Potential P0 dar. Die Diodeneinrichtungen D3, D4 können entsprechend den Diodeneinrichtungen D1, D2 realisiert sein.The two middle switching devices T2, T3 is a series circuit of two diode devices D3, D4 connected in parallel. The two diode devices D3, D4 are connected in the opposite direction to the forward direction of the switching devices T2, T3. The common connection point of the two diode devices D3, D4 represents a zero potential P0. The diode devices D3, D4 can be realized in accordance with the diode devices D1, D2.

Zwischen den Anschlusspunkten a, d sind zwei Kondensatoren C1, C2 in Serie geschaltet. Der gemeinsame Anschlusspunkt der beiden Kondensatoren C1, C2 ist mit dem Null-Potential P0 verbunden.Between the connection points a, d, two capacitors C1, C2 are connected in series. The common connection point of the two capacitors C1, C2 is connected to the zero potential P0.

Die Diodeneinrichtungen D1, D2, D3, D4 und die Schalteinrichtungen T1, T2, T3, T4 bilden den bereits erwähnten dreistufigen Stromrichter 21. Die beiden Kondensatoren C1, C2 bilden einen Gleichspannungszwischenkreis.The diode devices D1, D2, D3, D4 and the switching devices T1, T2, T3, T4 form the already mentioned three-stage power converter 21 , The two capacitors C1, C2 form a DC voltage intermediate circuit.

Werden die Schalteinrichtungen T1, T2 leitend geschaltet, so liegt das positive Potential +DC auf dem Anschluss AC für die Wechselspannung an. Der Strom fließt dann entweder über die Schalteinrichtungen T1, T2 oder über die Diodeneinrichtung D1. Werden die Schalteinrichtungen T2, T3 leitend geschaltet, so liegt das Null-Potential P0 auf dem Anschluss AC für die Wechselspannung an. Der Strom fließt in diesem Fall entweder über die Diodeneinrichtung D3 und die Schalteinrichtung T2 oder über die Schalteinrichtung T3 und die Diodeneinrichtung D4. Werden die Schalteinrichtungen T3, T4 leitend geschaltet, so liegt das negative Potential –DC auf dem Anschluss AC für die Wechselspannung an. Der Strom fließt dann entweder über die Schalteinrichtungen T3, T4 oder über die Diodeneinrichtung D2.If the switching devices T1, T2 are turned on, the positive potential + DC is applied to the AC terminal AC. The current then flows either via the switching devices T1, T2 or via the diode device D1. If the switching devices T2, T3 are turned on, then the zero potential P0 is applied to the AC terminal AC. In this case, the current flows either via the diode device D3 and the switching device T2 or via the switching device T3 and the diode device D4. If the switching devices T3, T4 are turned on, then the negative potential -DC is applied to the AC terminal AC. The current then flows either via the switching devices T3, T4 or via the diode device D2.

Auf diese Weise wird durch entsprechende Ansteuerungen der Schalteinrichtungen T1, T2, T3, T4 aus den Potentialen +DC, –DC, P0 eine Wechselspannung erzeugt und auf dem Anschluss AC zur Verfügung gestellt.In this way, an AC voltage is generated by appropriate activations of the switching devices T1, T2, T3, T4 from the potentials + DC, -DC, P0 and made available on the terminal AC.

Wesentlich ist bei der elektrischen Schaltung 20 der 2, dass den beiden Schalteinrichtungen T1, T2 nur eine einzige Diodeneinrichtung D1 gegensinnig parallel geschaltet ist. Entsprechendes gilt für die beiden Schalteinrichtungen T3, T4, denen nur die Diodeneinrichtung D2 gegensinnig parallel geschaltet ist.It is essential in the electrical circuit 20 of the 2 in that only a single diode device D1 is connected in parallel in opposite directions to the two switching devices T1, T2. The same applies to the two switching devices T3, T4, where only the diode device D2 is connected in parallel in opposite directions.

In der 3 ist eine elektrische Schaltung 30 dargestellt, die einen vierstufigen Stromrichter 31 zum Inhalt hat. Die Schaltung 30 der 3 ist aus den Bauelementen D1, D2, Tx, Ty der 1 sowie aus dem dortigen Stromrichtermodul 11 aufgebaut. Das Stromrichtermodul 11 der 1 ist dabei in der 3 gestrichelt dargestellt und die Schalteinrichtungen Tx, Ty der 1 sind in der 2 als Schalteinrichtungen T3, T4 bezeichnet. Weiterhin sind in der 3 die Potentiale +DC, –DC, der Anschluss AC für die Wechselspannung sowie die Anschlusspunkte a, b, c, d des Stromrichtermoduls 11 vorhanden. In the 3 is an electrical circuit 30 shown a four-stage power converter 31 has to content. The circuit 30 of the 3 is from the components D1, D2, Tx, Ty the 1 as well as from the local power converter module 11 built up. The power converter module 11 of the 1 is in the process 3 shown in dashed lines and the switching devices Tx, Ty the 1 are in the 2 referred to as switching devices T3, T4. Furthermore, in the 3 the potentials + DC, -DC, the connection AC for the AC voltage and the connection points a, b, c, d of the power converter module 11 available.

In der 3 sind innerhalb des Stromrichtermoduls 11 vier weitere Schalteinrichtungen T1, T2, T5, T6 vorhanden, die zusammen mit den Schalteinrichtungen T3, T4 eine Serienschaltung bilden, die den beiden Diodeneinrichtungen D1, D2 parallel geschaltet ist. Bei den Schalteinrichtungen T1, T2, T5, T6 handelt es sich um gleichartige Schalteinrichtungen wie bei den Schalteinrichtungen Tx, Ty bzw. T3, T4. Die Durchlassrichtungen aller sechs Schalteinrichtungen T1, T2, T3, T4, T5, T6 ist gleich und die beiden Diodeneinrichtungen D1, D2 sind dazu in Gegenrichtung geschaltet.In the 3 are inside the power converter module 11 four further switching devices T1, T2, T5, T6 are present, which together with the switching devices T3, T4 form a series circuit which is connected in parallel to the two diode devices D1, D2. The switching devices T1, T2, T5, T6 are similar switching devices as in the switching devices Tx, Ty or T3, T4. The forward direction of all six switching devices T1, T2, T3, T4, T5, T6 is the same and the two diode devices D1, D2 are connected in the opposite direction.

Den drei Schalteinrichtungen T2, T3, T4 ist eine Serienschaltung aus zwei Diodeneinrichtungen D3, D4 parallel geschaltet. Die beiden Diodeneinrichtungen D3, D4 sind in Gegenrichtung zu der Durchlassrichtung der Schalteinrichtungen T2, T3, T4 geschaltet. Der gemeinsame Anschlusspunkt der beiden Diodeneinrichtungen D3, D4 stellt ein erstes Potential P1 dar. Die Diodeneinrichtungen D3, D4 können entsprechend den Diodeneinrichtungen D1, D2 realisiert sein.The three switching devices T2, T3, T4 is a series circuit of two diode devices D3, D4 connected in parallel. The two diode devices D3, D4 are connected in the opposite direction to the forward direction of the switching devices T2, T3, T4. The common connection point of the two diode devices D3, D4 represents a first potential P1. The diode devices D3, D4 can be realized in accordance with the diode devices D1, D2.

Den drei Schalteinrichtungen T3, T4, T5 ist eine Serienschaltung aus zwei Diodeneinrichtungen D5, D6 parallel geschaltet. Die beiden Diodeneinrichtungen D5, D6 sind in Gegenrichtung zu der Durchlassrichtung der Schalteinrichtungen T3, T4, T5 geschaltet. Der gemeinsame Anschlusspunkt der beiden Diodeneinrichtungen D5, D6 stellt ein zweites Potential P2 dar. Die Diodeneinrichtungen D5, D6 können entsprechend den Diodeneinrichtungen D1, D2 realisiert sein.The three switching devices T3, T4, T5 is a series circuit of two diode devices D5, D6 connected in parallel. The two diode devices D5, D6 are connected in the opposite direction to the forward direction of the switching devices T3, T4, T5. The common connection point of the two diode devices D5, D6 represents a second potential P2. The diode devices D5, D6 can be realized corresponding to the diode devices D1, D2.

Zwischen den Anschlusspunkten a, d sind drei Kondensatoren C1, C2, C3 in Serie geschaltet. Der gemeinsame Anschlusspunkt der beiden Kondensatoren C1, C2 ist mit dem ersten Potential P1 und der gemeinsame Anschlusspunkt der beiden Kondensatoren C2, C3 ist mit dem zweiten Potential P2 verbunden.Between the connection points a, d three capacitors C1, C2, C3 are connected in series. The common connection point of the two capacitors C1, C2 is connected to the first potential P1 and the common connection point of the two capacitors C2, C3 is connected to the second potential P2.

Die Diodeneinrichtungen D1, D2, D3, D4, D5, D6 und die Schalteinrichtungen T1, T2, T3, T4, T5, T6 bilden den bereits erwähnten vierstufigen Stromrichter 31. Die drei Kondensatoren C1, C2, C3 bilden einen Gleichspannungszwischenkreis.The diode devices D1, D2, D3, D4, D5, D6 and the switching devices T1, T2, T3, T4, T5, T6 form the four-stage power converter already mentioned 31 , The three capacitors C1, C2, C3 form a DC voltage intermediate circuit.

Werden die Schalteinrichtungen T1, T2, T3 leitend geschaltet, so liegt das positive Potential +DC auf dem Anschluss AC für die Wechselspannung an. Der Strom fließt dann entweder über die Schalteinrichtungen T1, T2, T3 oder über die Diodeneinrichtung D1. Werden die Schalteinrichtungen T2, T3, T4 leitend geschaltet, so liegt das erste Potential P1 auf dem Anschluss AC für die Wechselspannung an. Der Strom fließt in diesem Fall entweder über die Diodeneinrichtung D3 und die Schalteinrichtungen T2, T3 oder über die Schalteinrichtung T4 und die Diodeneinrichtung D4. Werden die Schalteinrichtungen T3, T4, T5 leitend geschaltet, so liegt das zweite Potential P2 auf dem Anschluss AC für die Wechselspannung an. Der Strom fließt in diesem Fall entweder über die Diodeneinrichtung D5 und die Schalteinrichtung T3 oder über die Schalteinrichtungen T4, T5 und die Diodeneinrichtung D6. Werden die Schalteinrichtungen T4, T5, T6 leitend geschaltet, so liegt das negative Potential –DC auf dem Anschluss AC für die Wechselspannung an. Der Strom fließt dann entweder über die Schalteinrichtungen T4, T5, T6 oder über die Diodeneinrichtung D2.If the switching devices T1, T2, T3 are turned on, then the positive potential + DC is applied to the AC terminal AC. The current then flows either via the switching devices T1, T2, T3 or via the diode device D1. If the switching devices T2, T3, T4 are turned on, the first potential P1 is applied to the AC terminal AC. In this case, the current flows either via the diode device D3 and the switching devices T2, T3 or via the switching device T4 and the diode device D4. If the switching devices T3, T4, T5 are turned on, then the second potential P2 is applied to the AC connection AC. In this case, the current flows either via the diode device D5 and the switching device T3 or via the switching devices T4, T5 and the diode device D6. If the switching devices T4, T5, T6 are turned on, then the negative potential -DC is applied to the AC terminal AC. The current then flows either via the switching devices T4, T5, T6 or via the diode device D2.

Auf diese Weise wird durch entsprechende Ansteuerungen der Schalteinrichtungen T1, T2, T3, T4, T5, T6 aus den Potentialen +DC, –DC, P1, P2 eine Wechselspannung erzeugt und auf dem Anschluss AC zur Verfügung gestellt.In this way, an AC voltage is generated by appropriate activations of the switching devices T1, T2, T3, T4, T5, T6 from the potentials + DC, -DC, P1, P2 and made available on the terminal AC.

Wesentlich ist bei der elektrischen Schaltung 30 der 3, dass den drei Schalteinrichtungen T1, T2, T3 nur eine einzige Diodeneinrichtung D1 gegensinnig parallel geschaltet ist. Entsprechendes gilt für die drei Schalteinrichtungen T4, T5, T6.It is essential in the electrical circuit 30 of the 3 in that only a single diode device D1 is connected in parallel in opposite directions to the three switching devices T1, T2, T3. The same applies to the three switching devices T4, T5, T6.

Verallgemeinert bedeutet dies folgendes:
Bei dem dreistufigen Stromrichter 21 bilden die zwei Schalteinrichtungen T1, T2 eine erste Gruppe, der die Diodeneinrichtung D1 als einzige Diodeneinrichtung parallel geschaltet ist. Entsprechend bilden die zwei Schalteinrichtungen T3, T4 eine zweite Gruppe, der die Diodeneinrichtung D2 als einzige Diodeneinrichtung parallel geschaltet ist.Generalized this means the following:
In the three-stage power converter 21 the two switching devices T1, T2 form a first group, in which the diode device D1 is connected as a single diode device in parallel. Accordingly, the two switching devices T3, T4 form a second group, in which the diode device D2 is connected in parallel as a single diode device.

Bei dem vierstufigen Stromrichter 31 bilden die drei Schalteinrichtungen T1, T2, T3 eine erste Gruppe, der die Diodeneinrichtung D1 als einzige Diodeneinrichtung parallel geschaltet ist. Entsprechend bilden die drei Schalteinrichtungen T4, T5, T6 eine zweite Gruppe, der die Diodeneinrichtung D2 als einzige Diodeneinrichtung parallel geschaltet ist.In the four-stage power converter 31 The three switching devices T1, T2, T3 form a first group, in which the diode device D1 is connected in parallel as a single diode device. Accordingly, the three switching devices T4, T5, T6 form a second group, in which the diode device D2 is connected in parallel as a single diode device.

Bei einem n-stufigen Stromrichter, mit n = 3, 4, ..., sind also immer nur zwei Diodeneinrichtungen D1, D2 vorhanden, denen jeweils eine Gruppe von n – 1 aufeinander folgenden Schalteinrichtungen parallel geschaltet sind. Durch eine entsprechende Ausgestaltung des Stromrichtermoduls 11 ist die Schaltung 10 der 1 damit für die Realisierung eines n-stufigen Stromrichters geeignet.In the case of an n-stage power converter, with n = 3, 4,..., Only two diode devices D1, D2 are present, each of which has a group of n-1 successive switching devices are connected in parallel. By a corresponding embodiment of the power converter module 11 is the circuit 10 of the 1 thus suitable for the realization of an n-stage power converter.

In allen Fällen ist eine der beiden Diodeneinrichtungen D1, D2 zwischen dem Potential +DC und dem Anschluss AC und die andere der beiden Diodeneinrichtungen D1, D2 zwischen dem Anschluss AC und dem Potential –DC angeordnet.In all cases, one of the two diode devices D1, D2 is arranged between the potential + DC and the terminal AC and the other of the two diode devices D1, D2 is arranged between the terminal AC and the potential -DC.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

"High Power Converters and AC Drives" by Bin Wu, published by Wiley, 2006, 8.2-1, page 144 [0003]

Claims

N-stage electric power converter ( 21 . 31 ), where n = 3, 4, ..., wherein a connection point (a) for a first potential (+ DC) and a connection point (d) for a second potential (-DC) are present, wherein a connection ( AC) is present for an AC voltage, and wherein the power converter ( 21 . 31 ) comprises a plurality of diode devices (D1, D2, D3, ...) and a plurality of switching devices (Tx, Ty or T1, T2, T3, ...), characterized in that between the first potential (+ DC ) and the terminal (AC) only a single diode device (D1) is present, and that between the terminal (AC) and the second potential (-DC) also only a single diode device (D2) is present.

Power converter ( 21 . 31 ) according to claim 1, wherein each of the two diode means (D1, D2) is connected in parallel with the associated switching means (T1, T2, T3, ...).

Power converter ( 21 . 31 ) according to claim 1 or 2, wherein the switching devices (T1, T2, T3, ...) are connected in series, and wherein each of the two diode devices (D1, D2) are connected to n - 1 successive switching devices (T1, T2, T3, ...) is connected in parallel.

Power converter ( 21 . 31 ) according to one of the preceding claims, wherein each of the two diode devices (D1, D2) is composed of a single diode or of a plurality of diodes connected in parallel with one another and / or of a plurality of diodes connected in series with one another.

Three-stage power converter ( 21 ) according to one of the preceding claims, wherein four switching devices (T1, T2, T3, T4) are present, wherein the middle two switching devices (T2, T3), a series circuit of two diode devices (D3, D4) is connected in parallel.

Power converter ( 21 ) according to claim 5, wherein the common connection point of the two latter diode means (D3, D4) forms a zero potential (P0).

Four-stage power converter ( 31 ) according to one of the preceding claims, wherein there are six switching devices (T1, T2, T3, T4, T5, T6), wherein the three switching devices (T2, T3, T4) are connected in series with a series connection of two diode devices (D3, D4) , and wherein the further three switching devices (T3, T4, T5) a series circuit of two further diode devices (D5, D6) is connected in parallel.

Power converter ( 31 ) according to claim 7, wherein the common connection point of the two diode devices (D3, D4) forms a first potential (P1), and wherein the common connection point of the two diode devices (D5, D6) forms a second potential (P2).