DE102013102433A1 - Inverter i.e. solar inverter, for feeding electrical power from photovoltaic generator into AC network, has interface circuitry activated to apply direct voltage to series arrangement, and converter operated in frequency within preset range - Google Patents
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Abstract
Description
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselrichter für eine variable Eingangsgleichspannung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1.The invention relates to an inverter for a variable DC input voltage having the features of the preamble of
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf sogenannte Solarwechselrichter, mit denen elektrische Energie von einem Photovoltaikgenerator in ein Wechselstromnetz eingespeist wird. Bei einem solchen Solarwechselrichter schwankt die Größe der von dem Photovoltaikgenerator bereitgestellten Eingangsgleichspannung nicht nur mit der tageszeitlichen Veränderung der Sonneneinstrahlung, sondern auch infolge von Verschattungen oder Wolken und anderen Wetterereignissen. Soweit ein Solarwechselrichter nicht nur dann elektrische Energie in ein Wechselstromnetz einspeisen können soll, wenn die Eingangsgleichspannung einen für die Einspeisung von elektrischer Energie in das Wechselstromnetz einzuhaltenden Grenzwert direkt erreicht, sollte die Eingangsgleichspannung bedarfsweise erhöht werden können. Ein solcher Grenzwert wird zum Beispiel von einem Scheitelwert der Wechselspannung des Wechselstromnetzes gesetzt.In particular, the invention relates to so-called solar inverters, with which electrical energy is fed from a photovoltaic generator in an AC grid. In such a solar inverter, the magnitude of the DC input voltage provided by the photovoltaic generator varies not only with the change of the daytime solar radiation but also due to shadows or clouds and other weather events. If a solar inverter is to be able to feed electrical energy into an AC grid not only when the DC input voltage directly reaches a limit value to be observed for the feeding of electrical energy into the AC grid, the DC input voltage should be able to be increased as required. Such a limit value is set, for example, by a peak value of the AC voltage of the AC network.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Ein bekannter Wechselrichter für eine variable Eingangsgleichspannung weist eine Dreipunktschaltung als Wechselrichterteilschaltung auf, die neben dem positiven und negativen Pol des Gleichspannungszwischenkreises auch mit einem Mittelpunkt von zwei zur Ausbildung einer Zwischenkreiskapazität in Reihe geschalteten Zwischenkreiskondensatoren verbunden ist. Um die Zwischenkreisspannung bedarfsweise gegenüber einer an Eingangsanschlüssen anliegenden Eingangsgleichspannung zu erhöhen, ist zwischen den Eingangsanschlüssen und dem Zwischenkreis ein Hochsetzsteller vorgesehen. Die Komponenten dieses Hochsetzstellers müssen dazu ausgelegt sein, die gesamte elektrische Energie zu führen. Dabei liegen die Diode und die Spule des Hochsetzstellers permanent in Stromfluss zwischen den Eingangsanschlüssen und dem Zwischenkreis und verursachen so auch dann Verluste, wenn der Hochsetzsteller nicht in Betrieb ist. Diese Verluste können nur vermieden werden, wenn ein zusätzlicher Bypasspfad vorgesehen wird. In jedem Fall entstehen erhebliche Verluste, wenn mit dem Hochsetzsteller die Eingangsspannung erhöht wird. Außerdem ist mit dem Betrieb des Hochsetzstellers in aller Regel eine Geräuschentwicklung verbunden, da er nicht ohne weiteres mit gutem Wirkungsgrad bei Schaltfrequenzen oberhalb des hörbaren Bereichs betrieben werden kann. A known inverter for a variable input DC voltage has a three-point circuit as an inverter subcircuit, which is connected in addition to the positive and negative pole of the DC intermediate circuit with a midpoint of two interconnected to form a DC link capacitance DC link capacitors. In order to increase the DC link voltage, if necessary, in relation to a DC input voltage applied to input terminals, a step-up converter is provided between the input terminals and the DC link. The components of this boost converter must be designed to carry all the electrical energy. In this case, the diode and the coil of the boost converter permanently in current flow between the input terminals and the intermediate circuit and cause so even then losses when the boost converter is not in operation. These losses can only be avoided if an additional bypass path is provided. In any case, considerable losses occur when the boost voltage increases the input voltage. In addition, a noise development is usually associated with the operation of the boost converter, since it can not be readily operated with good efficiency at switching frequencies above the audible range.
Aus der
Aus der
Bei einem Wechselrichter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1, der aus der
AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wechselrichter für eine variable Eingangsgleichspannung bereitzustellen, bei dem eine Zwischenkreisspannung bedarfsweise gegenüber der Eingangsgleichspannung erhöht werden kann, ohne dass hiermit erhebliche Geräuschentwicklungen oder dauerhafte Verluste verbunden sind.The invention has for its object to provide an inverter for a variable DC input voltage, in which an intermediate circuit voltage can be increased if necessary compared to the DC input voltage, without this considerable noise developments or permanent losses are connected.
LÖSUNGSOLUTION
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Wechselrichter mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des neuen Wechselrichters sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.The object of the invention is achieved by an inverter having the features of
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION
Ein erfindungsgemäßer Wechselrichter für eine variable Eingangsgleichspannung weist eine Wechselrichterteilschaltung, die eine über einem Gleichspannungszwischenkreis anliegende Zwischenkreisspannung in eine Ausgangswechselspannung umwandelt, und eine Anpassteilschaltung auf, die bedarfsweise die Zwischenkreisspannung gegenüber der zwischen zwei Eingangsanschlüssen anliegenden Eingangsgleichspannung erhöht. Der Gleichspannungszwischenkreis umfasst in Reihe geschaltete Kondensatoren. Die Anpassteilschaltung verbindet die Eingangsanschlüsse direkt mit den beiden Seiten einer mindestens einen der Kondensatoren (
Bei dem erfindungsgemäßen Wechselrichter liegt die Eingangsgleichspannung demnach immer direkt an der ersten Teilreihenschaltung des Gleichspannungszwischenkreises an. Wenn diese Eingangsgleichspannung für den Betrieb der Wechselrichterteilschaltung des Wechselrichters ausreichend ist, ist die mit der ersten Teilreihenschaltung in Reihe geschaltete zweite Teilreihenschaltung des Gleichspannungszwischenkreises durch den Bypasspfad überbrückt, so dass die Eingangsgleichspannung die gesamte Zwischenkreisspannung ausmacht.In the inverter according to the invention, therefore, the input DC voltage is always directly applied to the first sub-series circuit of the DC intermediate circuit. If this DC input voltage is sufficient for the operation of the inverter subcircuit of the inverter, the second sub-series circuit of the DC intermediate circuit connected in series with the first sub-series circuit is bridged by the bypass path, so that the DC input voltage makes up the entire intermediate circuit voltage.
Wenn jedoch die Eingangsgleichspannung zu niedrig wird, wird mit dem DC/DC-Wandler der Anpassteilschaltung an die zweite Teilreihenschaltung eine Zusatzgleichspannung angelegt. Diese Zusatzgleichspannung wird zwar aus der Eingangsgleichspannung erzeugt, ist aber um mindestens 50 % kleiner als diese, so dass über den DC/DC-Wandler auch weniger als ein Drittel der gesamten elektrischen Leistung geführt wird. Dies ist gleichbedeutend damit, dass maximal ein Drittel der gesamten elektrischen Leistung durch Verluste des DC/DC-Wandlers beeinträchtigt ist. Außerdem müssen die Komponenten des DC/DC-Wandlers auch nur für diesen geringen Anteil der elektrischen Leistung ausgelegt sein. Wenn der DC/DC-Wandler die Zusatzgleichspannung an die zweite Teilreihenschaltung anlegt, wird ein Kurzschluss der Zusatzgleichspannung durch mindesten ein Schaltelement verhindert, bei dem es sich um eine Diode, aber auch um ein mit einem externen Schaltsignal schaltbares Schaltelement handeln kann. Durch die Zusatzgleichspannung kann die Zwischenkreisspannung so gegenüber der Eingangsgleichspannung erhöht werden, dass zum Beispiel trotz niedriger Eingangsgleichspannung eine Einspeisung von elektrischer Energie mit dem Wechselrichter in ein Wechselstromnetz möglich ist. So kann beispielsweise die von einem Photovoltaikgenerator über einen Tag einspeisbare elektrische Energie signifikant erhöht werden.However, if the DC input voltage becomes too low, an additional DC voltage is applied to the second sub-series circuit with the DC / DC converter of the matching subcircuit. Although this additional DC voltage is generated from the DC input voltage, but is at least 50% smaller than this, so that over the DC / DC converter and less than one third of the total electrical power is performed. This is equivalent to the fact that a maximum of one third of the total electrical power is affected by losses of the DC / DC converter. In addition, the components of the DC / DC converter must also be designed only for this small proportion of the electrical power. If the DC / DC converter applies the additional DC voltage to the second sub-series circuit, a short circuit of the additional DC voltage is prevented by at least one switching element, which is a diode, but also with a an external switching signal switchable switching element can act. Due to the additional DC voltage, the DC link voltage can be increased compared to the DC input voltage, that, for example, despite low input DC voltage, a feed of electrical energy to the inverter is possible in an AC network. For example, the electrical energy which can be fed in by a photovoltaic generator over one day can be significantly increased.
Bei dem erfindungsgemäßen Wechselrichter wird die Anpassteilschaltung bedarfsweise für jeweils einen Zeitraum von mehreren Perioden der Ausgangswechselspannung aktiviert. Dies bedeutet, dass mit der Anpassteilschaltung beispielsweise kein zusätzliches Spannungsniveau zur Stromformung während jeder Periode des von dem ausgangsseitigen DC/AC-Wandlers ausgegebenen Wechselstroms bereitgestellt wird, sondern die Zwischenkreisspannung des Gleichspannungszwischenkreises grundsätzlich erhöht wird. Dies schließt aber nicht aus, dass von dem Gleichspannungszwischenkreis mehrere Spannungsniveaus abgreifbar sind, so dass der ausgangsseitige DC/AC-Wandler durchaus eine Mehrpunktschaltung aufweisen kann. In the inverter according to the invention, the matching subcircuit is activated as required for a period of several periods of the AC output voltage. This means that with the matching subcircuit, for example, no additional voltage level is provided for current shaping during each period of the alternating current output by the output-side DC / AC converter, but in principle the intermediate circuit voltage of the DC intermediate circuit is increased. However, this does not exclude that several voltage levels can be tapped off from the DC voltage intermediate circuit, so that the output-side DC / AC converter can definitely have a multipoint circuit.
Bei dem erfindungsgemäßen Wechselrichter ist die Anpassteilschaltung möglichst einfach ausgeführt, um die Eingangsgleichspannung bedarfsweise von einem Niveau, bei dem mit dem ausgangsseitigen DC/AC-Wandler keine Netzeinspeisung mehr möglich wäre, auf ein Niveau anzuheben, bei dem diese Netzeinspeisung doch noch möglich ist. Hierzu bedarf es keiner Regelbarkeit des DC/DC-Wandlers der Anpassteilschaltung des erfindungsgemäßen Wechselrichters, weil die beispielsweise von einem Photovoltaikgenerator bereitgestellte Eingangsgleichspannung sowieso schwankt und ein Photovoltaikwechselrichter entsprechend regelmäßig so ausgebildet ist, dass er nicht auf eine konstante Zwischenkreisspannung angewiesen ist. Ein nur aktivierbarer, d. h. nur ein- und ausschaltbarer aber nicht regelbarer, DC/DC-Wandler ist einfacher, kostengünstiger und leichter auf maximalen Wirkungsgrad und geringer Geräuschentwicklung optimierbar als ein regelbarer DC/DC-Wandler, mit dem die Zwischenkreisspannung konstant gehalten werden kann.In the inverter according to the invention, the matching subcircuit is designed as simple as possible to increase the input DC voltage, if necessary, from a level at which the output side DC / AC converter no grid feed would be possible to a level at which this network feed is still possible. This requires no controllability of the DC / DC converter of the matching subcircuit of the inverter according to the invention, because the example provided by a photovoltaic generator input DC voltage varies anyway and a photovoltaic inverter is designed according to regularly so that it is not dependent on a constant DC link voltage. One only activatable, d. H. only switchable on and off but not controllable, DC / DC converter is simpler, cheaper and more easily optimized for maximum efficiency and low noise than a controllable DC / DC converter, with which the DC link voltage can be kept constant.
Dadurch dass der DC/AC-Teilwandler des DC/DC-Wandlers des erfindungsgemäßen Wechselrichters eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt, kann der umspannende Transformator klein gehalten werden. Zudem ist es leicht möglich, die hochfrequente Wechselspannung oberhalb des hörbaren Bereichs zu wählen, so dass aus dem Betrieb des DC/DC-Wandlers keine wahrnehmbare Geräuschentwicklung resultiert.The fact that the DC / AC partial converter of the DC / DC converter of the inverter according to the invention generates a high-frequency alternating voltage, the spanning transformer can be kept small. In addition, it is easily possible to select the high-frequency AC voltage above the audible range, so that the operation of the DC / DC converter no perceptible noise results.
Um hörbare Geräusche zu vermeiden, werden Schalter des DC/AC-Teilwandlers mit einer Frequenz von mindestens 16 kHz, vorzugsweise mindestens 30 kHz und noch mehr bevorzugt mindestens 45 kHz getaktet.In order to avoid audible noise, switches of the DC / AC partial converter are clocked at a frequency of at least 16 kHz, preferably at least 30 kHz, and even more preferably at least 45 kHz.
Für den Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Wechselrichters auch dann, wenn sein DC/DC-Wandler zur Erhöhung der Zwischenkreisspannung gegenüber der Eingangsgleichspannung betrieben wird, ist es günstig, dass dessen DC/AC-Teilwandler ein Resonanzwandler ist. Der Resonanzwandler wird bei aktiviertem DC/DC-Wandler mit einer Frequenz im Bereich von ±20 % um seine Resonanzfrequenz betrieben. Dabei bleibt diese Frequenz vorzugsweise fest.For the efficiency of the inverter according to the invention, even if its DC / DC converter is operated to increase the DC link voltage compared to the DC input voltage, it is favorable that its DC / AC partial converter is a resonant converter. The resonant converter operates at a frequency in the range of ± 20% around its resonant frequency when the DC / DC converter is activated. This frequency preferably remains fixed.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der DC/AC-Teilwandler des erfindungsgemäßen Wechselrichters nach dem Aufbauen der Zusatzgleichspannung über der zweiten Teilreihenschaltung des Gleichspannungszwischenkreises mit konstanten Betriebsparametern betrieben wird. Zu Beginn des Betriebs des DC/AC-Teilwandlers ist ein Strom, der auf der Sekundärseite des Transformators zunächst ohne Gegenspannung fließt, zu begrenzen. Dies kann durch Beschränkung der Pulsbreite beim Ansteuern der Schalter des DC/AC-Wandlers geschehen. Sobald die Zusatzgleichspannung über der zweiten Teilreihenschaltung auf der Sekundärseite des Transformators aufgebaut ist, kann der DC/AC-Wandler konstant mit einem Tastverhältnis von typischerweise knapp 50 % bei der bereits angesprochenen Frequenz nahe seiner Resonanzfrequenz betrieben werden. Dadurch wird nicht nur der Betrieb des DC/DC-Wandlers des erfindungsgemäßen Wechselrichters vereinfacht, sondern auch sein Wirkungsgrad maximiert.Furthermore, it is preferred if the DC / AC partial converter of the inverter according to the invention is operated with constant operating parameters after the additional DC voltage has been established across the second partial row circuit of the DC intermediate circuit. At the beginning of the operation of the DC / AC partial converter, a current which initially flows on the secondary side of the transformer without reverse voltage must be limited. This can be done by limiting the pulse width when driving the switches of the DC / AC converter. Once the additional DC voltage is built up across the second sub-series circuit on the secondary side of the transformer, the DC / AC converter can be operated constant with a duty cycle of typically almost 50% at the already mentioned frequency near its resonance frequency. This not only simplifies the operation of the DC / DC converter of the inverter according to the invention, but also maximizes its efficiency.
Die Anforderungen an die Schalter des DC/AC-Wandlers lassen sich in günstiger Weise mit Siliziumcarbid-Halbleiterschaltern erfüllen. Siliziumcarbid-Halbleiterschalter weisen eine hohe Spannungsfestigkeit auf, die für die Eingangsgleichspannung des erfindungsgemäßen Wechselrichters leicht ausreicht. Siliziumcarbid-Halbleiterschalter sind zwar nur für begrenzte Ströme und damit für begrenzte Leistungen geeignet. Bei dem erfindungsgemäßen Wechselrichter fließt über den DC/AC-Wandler aber immer nur ein Teil der gesamten elektrischen Energie. Siliziumcarbid-Halbleiterschalter zeichnen sich zudem durch geringe Schaltverluste aus, so dass auch der kleine Anteil der elektrischen Energie, der über den DC/AC-Teilwandler fließt, nicht mit hohen Verlusten behaftet ist.The requirements for the switches of the DC / AC converter can be met in a favorable manner with silicon carbide semiconductor switches. Silicon carbide semiconductor switches have a high dielectric strength, which is easily sufficient for the input DC voltage of the inverter according to the invention. Although silicon carbide semiconductor switches are only suitable for limited currents and thus for limited powers. In the case of the inverter according to the invention, however, only a part of the total electrical energy flows via the DC / AC converter. Silicon carbide semiconductor switches are also characterized by low switching losses, so that even the small portion of the electrical energy flowing through the DC / AC partial converter is not associated with high losses.
Konkret kann der DC/AC-Teilwandler einen Serienresonanzkreis zwischen zwei die Eingangsanschlüsse verbindenden Halbbrücken aufweisen. Eine Resonanzinduktivität dieses Resonanzkreises umfasst den Transformator. Grundsätzlich kann aber auch noch eine zusätzliche Induktivität vorgesehen sein. Eine Resonanzkapazität des Serienresonanzkreises kann durch Kondensatoren bereitgestellt werden, die eine passive Halbbrücke an einem Ende des Serienresonanzkreises zwischen den Eingangsanschlüssen ausbilden. In diesem Fall ist die andere Halbbrücke aus aktiven ansteuerbaren Schaltern ausgebildet. In jedem Fall weisen die beiden Halbbrücken insgesamt mindestens zwei aktiv ansteuerbare Schalter auf. Bevorzugt sind es Halbleiterschalter. Noch mehr bevorzugt weist jede der beiden Halbbrücken an den Enden des Serienresonanzkreises ein Paar solcher Schalter auf. Dann wird die Resonanzkapazität des Serienresonanzkreises durch einen Kondensator ausgebildet, der in Reihe mit der Primärwicklung des Transformators zwischen die beiden Halbbrücken geschaltet ist. Die passiven Bauelemente des Resonanzwandlers. d. h. zum Beispiel die Streuinduktivität des Transformators und die Kapazität des Serienkondensators oder der Halbbrückenkondensator, bestimmen in bekannter Weise seine Resonanzfrequenz.Concretely, the DC / AC partial converter may have a series resonant circuit between two half bridges connecting the input terminals. A resonance inductance of this resonant circuit includes the transformer. In principle, however, an additional inductance can also be provided. A resonant capacitance of the series resonant circuit may be provided by capacitors forming a passive half-bridge at one end of the series resonant circuit between the input terminals. In this case, the other half-bridge is formed of active controllable switches. In any case, the two half bridges have a total of at least two actively controllable switch. Preferably, they are semiconductor switches. More preferably, each of the two half-bridges at the ends of the series resonant circuit has a pair of such switches. Then, the resonant capacitance of the series resonant circuit is formed by a capacitor connected in series with the primary winding of the transformer between the two half-bridges. The passive components of the resonant converter. ie, for example, the leakage inductance of the transformer and the capacitance of the series capacitor or the half-bridge capacitor, determine its resonant frequency in a known manner.
Wenn der AC/DC-Teilwandler einen sekundärseitigen Mittelpunktanzapf des Transformators mit der einen Seite der zweiten Teilreihenschaltung und die beiden Enden der Sekundärwicklung des Transformators über zwei Gleichrichterdioden mit der anderen Seite der zweiten Teilreihenschaltung verbindet, können die beiden Hälften der Sekundärwicklung des Transformators zwei parallele Zweige des Bypasspfads zu der zweiten Teilreihenschaltung ausbilden, in denen jeweils eine der Gleichrichterdioden den Kurzschluss der Zusatzgleichspannung verhindert. Bei dieser Schaltung fließt der sekundärseitige Strom halbwellenweise von oder zu dem Mittelpunktanzapf durch die beiden Teilwicklungen der Sekundärwicklung. Bei kleiner Durchlassspannung der beiden Gleichrichterdioden bleiben die Verluste für den über die beiden Zweige des Bypasspfads fließenden Strom gering, zumal die Sekundärwicklung eines kompakten Transformators, der auf hohe Frequenzen abgestimmt ist, keinen großen ohmschen Widerstand aufweist. Zumindest sind die hier permanent auftretenden Verluste geringer, als wenn der Strom durch die Diode und die Spule eines inaktiven Hochsetzstellers fließen würde, weil die Diodensperrspannung nicht für die Gesamtspannung sondern nur für die über der zweiten Teilreihenschaltung anliegende Spannung ausgelegt sein müssen. Dioden mit kleiner Sperrspannung weisen auch geringe Durchlassverluste auf.When the AC / DC converter converts a secondary-side center tap of the transformer to one side of the second sub-series circuit and the two ends of the secondary of the transformer via two rectifier diodes to the other side of the second sub-series circuit, the two halves of the secondary winding of the transformer can have two parallel branches form the bypass path to the second sub-series circuit, in each case one of the rectifier diodes prevents the short circuit of the additional DC voltage. In this circuit, the secondary-side current flows half-wave from or to the center tap by the two partial windings of the secondary winding. At low forward voltage of the two rectifier diodes, the losses for the current flowing through the two branches of the bypass path current remain low, especially since the secondary winding of a compact transformer, which is tuned to high frequencies, does not have a large ohmic resistance. At least the losses permanently occurring here are lower than when the current through the diode and the coil of an inactive boost converter would flow, because the diode blocking voltage need not be designed for the total voltage but only for the voltage applied across the second partial series circuit. Diodes with low reverse voltage also have low forward losses.
Es wurde bereits angesprochen, dass der DC/DC-Wandler des erfindungsgemäßen Wechselrichters vorzugsweise nicht geregelt sondern, nachdem die Zusatzgleichspannung aufgebaut ist, mit konstanten Betriebsparametern betrieben wird. Indem diesem DC/DC-Wandler ein Anpasssteller, wie beispielsweise ein Hochsetzsteller, insbesondere aber ein Tiefsetzsteller vorgeschaltet wird, kann die Zusatzgleichspannung dennoch variiert werden, wenn dies erwünscht ist. Der Anpasssteller kann einfach gehalten werden, also insbesondere transformatorlos sein, und er führt nur den Teil der elektrischen Energie, der auch durch den DC/DC-Wandler fließt. D. h. er kann klein dimensioniert bleiben, und selbst ein nur mäßiger Wirkungsgrad des Anpassstellers beeinträchtigt den Gesamtwirkungsgrad des erfindungsgemäßen Wechselrichters nicht wesentlich. It has already been mentioned that the DC / DC converter of the inverter according to the invention is preferably not regulated but, after the additional DC voltage has been established, is operated with constant operating parameters. By a DC converter, such as a boost converter, but in particular a buck converter is preceded by this DC / DC converter, the additional DC voltage can still be varied, if desired. The adapter can be kept simple, so in particular transformerless, and it carries only the part of the electrical energy, which also flows through the DC / DC converter. Ie. it can remain small dimensioned, and even a moderate efficiency of the adapter does not significantly affect the overall efficiency of the inverter according to the invention.
Bei dem erfindungsgemäßen Wechselrichter fällt über der ersten Teilreihenschaltung des Gleichspannungszwischenkreises eine höhere Spannung ab als über der zweiten. Um dennoch gleiche Ladungen an den beiden Polen des Gleichspannungszwischenkreises auch bei aktiviertem DC/DC-Wandler bereitzustellen, können die Kapazitäten der ersten und der zweiten Teilreihenschaltung im umgekehrten Verhältnis zu der Eingangsgleichspannung und der Zusatzgleichspannung stehen.In the case of the inverter according to the invention, a higher voltage drops across the first partial row circuit of the DC intermediate circuit than over the second partial series circuit. In order nevertheless to provide equal charges at the two poles of the DC intermediate circuit even when the DC / DC converter is activated, the capacitances of the first and the second partial row circuit may be in inverse proportion to the DC input voltage and the additional DC voltage.
Wenn die Wechselrichterteilschaltung des erfindungsgemäßen Wechselrichters eine Drei- oder Mehrpunktschaltung ist, kann den in Reihe geschalteten Kondensatoren in dem Gleichspannungszwischenkreis eine Reihenschaltung von mehreren Zwischenkreiskondensatoren mit gleich großer Kapazität parallel geschaltet sein. Dann kann die Wechselrichterteilschaltung an mindestens einen Zwischenpunkt zwischen den Zwischenkreiskondensatoren angeschlossen sein. If the inverter subcircuit of the inverter according to the invention is a three- or multi-point circuit, the series-connected capacitors in the DC voltage intermediate circuit, a series circuit of a plurality of DC link capacitors with equal capacitance can be connected in parallel. Then, the inverter subcircuit may be connected to at least one intermediate point between the intermediate circuit capacitors.
Bei einem erfindungsgemäßen Wechselrichter kann die Anpassteilschaltung auch mehrere Unterschaltungen mit je einem DC/DC-Wandler mit galvanischer Trennung aufweisen, der eingangsseitig an die Eingangsanschlüsse und ausgangsseitig an die beiden Seiten der zweiten oder einer weiteren mindestens einen anderen der Kondensatoren umfassenden Teilreihenschaltung angeschlossen und wahlweise aktivierbar ist, um eine gegenüber der Eingangsgleichspannung um mindestens 50 % reduzierte, aber die Zwischenkreisspannung additiv erhöhende Zusatzgleichspannung an die Teilreihenschaltung anzulegen. Dabei können die mehreren Unterschaltungen gemeinsam eine Zusatzgleichspannung über der zweiten Teilreihenschaltung aufbauen. Alternativ können die mehreren Unterschaltungen mehrere Zusatzgleichspannungen über verschiedenen Teilreihenschaltungen aufbauen.In an inverter according to the invention, the adapting subcircuit can also have a plurality of subcircuits each having a DC / DC converter with galvanic isolation, the input side connected to the input terminals and the output side to the two sides of the second or another at least one other of the capacitors part series circuit and selectively activated is to create a relation to the DC input voltage by at least 50% reduced, but the DC link voltage additively increasing additional DC voltage to the sub-series circuit. In this case, the plurality of sub-circuits can jointly build an additional DC voltage across the second sub-series circuit. Alternatively, the plurality of sub-circuits may construct a plurality of auxiliary DC voltages across different sub-row circuits.
Weiterhin ist es möglich, dass die Unterschaltungen gemeinsame Bauteile aufweisen. So kann ein einziger DC/DC-Wandler mit einem Serienresonanzkreis auf der Primärseite eines Transformators vorgesehen sein, der mehrer getrennte Sekundärwicklungen aufweist, die jeweils über einen AC/DC-Teilwandler eine andere Teilreihenschaltung mit einer Zusatzgleichspannung beaufschlagen. Dabei können zum Beispiel die zweite und eine dritte Teilreihenschaltung symmetrisch auf den beiden Seiten der ersten Teilreihenschaltung angeordnet sein, an der die Eingangsgleichspannung anliegt. So erfolgt dann die Erhöhung der Zwischenkreisspannung der Eingangsgleichspannung in symmetrischer Form. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn eine direkte oder virtuelle Erdung eines Mittelpunkts einer die Eingangsgleichspannung bereitstellenden Spannungsquelle, wie beispielsweise eines Photovoltaikgenerators, gewünscht ist. Wenn hingegen einer der beiden Eingangsanschlüsse geerdet ist, ist es bevorzugt, wenn die zweite Teilreihenschaltung, über den die Zusatzgleichspannung aufgebaut wird, mit dem anderen Eingangsanschluss verbunden wird. Dabei ist es unerheblich, ob dies der positive oder negative Pol der Eingangsgleichspannung ist.Furthermore, it is possible for the subcircuits to have common components. Thus, a single DC / DC converter can be provided with a series resonant circuit on the primary side of a transformer having a plurality of separate secondary windings, each with an AC / DC converter part subcircuit another with apply an additional DC voltage. In this case, for example, the second and a third sub-series circuit can be arranged symmetrically on the two sides of the first sub-series circuit, to which the input DC voltage is applied. So then takes place the increase of the intermediate circuit voltage of the input DC voltage in a symmetrical form. This is of particular interest when direct or virtual grounding of a midpoint of a DC voltage source such as a photovoltaic generator is desired. On the other hand, if one of the two input terminals is grounded, it is preferable that the second sub-row circuit through which the auxiliary DC voltage is built up be connected to the other input terminal. It is irrelevant whether this is the positive or negative pole of the DC input voltage.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten relativen Anordnungen und Wirkverbindungen mehrerer Bauteile – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen. Zudem können die in den Patentansprüchen aufgeführten Merkmale sowohl durch weitere Merkmale ergänzt werden als auch die einzigen Bestandteile definieren, aus denen der Wechselrichter besteht.Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the introduction to the description are merely exemplary and can be effective as an alternative or cumulatively without the advantages necessarily having to be achieved by all embodiments according to the invention. Without altering the subject matter of the appended claims, as regards the disclosure of the original application documents and the patent, the following applies: Further features can be found in the drawings, in particular the illustrated relative arrangements and operative connections of several components. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible deviating from the chosen relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted. In addition, the features listed in the claims can be supplemented by other features as well as define the only components that make up the inverter.
Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.The features mentioned in the patent claims and the description are to be understood in terms of their number that exactly this number or a greater number than the said number is present, without requiring an explicit use of the adverb "at least". For example, when talking about an element, it should be understood that there is exactly one element, two elements or more elements. These features may be supplemented by other features or be the only characteristics that make up the product in question.
Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen. The reference numerals contained in the claims do not limit the scope of the objects protected by the claims. They are for the sole purpose of making the claims easier to understand.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben. The invention is explained in more detail below with reference to embodiments with reference to the accompanying drawings and described.
FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES
Der in
Die Anpassteilschaltung
Der Wechselrichter
Der Wechselrichter
Der Wechselrichter
Bei der in
In
Bevorzugt ist es, wenn das Übersetzungsverhältnis des Transformators
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Wechselrichter inverter
- 22
- Eingangsanschluss input port
- 33
- Eingangsanschluss input port
- 44
- Wechselstromnetz AC power
- 55
- Gleichspannungszwischenkreis Dc link
- 66
- Anpassteilschaltung Anpassteilschaltung
- 77
- Wechselrichterteilschaltung Inverter circuit section
- 88th
- Kondensator capacitor
- 99
- Kondensator capacitor
- 1010
- DC/DC-Wandler DC / DC converter
- 1111
- Bypasspfad bypass path
- 1212
- Diode diode
- 1313
- DC/AC-Teilwandler DC / AC converter elements
- 1414
- Transformator transformer
- 1515
- AC/DC-Teilwandler AC / DC converter elements
- 1616
- Mittelpunktanzapf Mittelpunktanzapf
- 1717
- Sekundärwicklung secondary winding
- 1818
- Gleichrichterdiode Rectifier diode
- 1919
- Anpasssteller matching controller
- 2020
- Zwischenkreiskondensator Link capacitor
- 2121
- Mittelpunkt Focus
- 2222
- Unterschaltung subcircuit
- 2323
- Primärwicklung primary
- 2424
- Serienresonanzkreis Series resonant circuit
- 2525
- Halbbrücke half bridge
- 2626
- Halbbrücke half bridge
- 2727
- Schalter switch
- 2828
- Kondensator capacitor
- 2929
- Photovoltaikgenerator photovoltaic generator
- 3030
- Halbleiterschalter Semiconductor switches
- 3131
- Diode diode
- 3232
- Kondensator capacitor
- 3333
- Halbleiterschalter Semiconductor switches
- 3434
- Diode diode
- 3535
- Diode diode
- 3636
- LC-Filter LC filter
- 3737
- Halbleiterschalter Semiconductor switches
- 3838
- Drossel throttle
- 3939
- Diode diode
- 4040
- Zwischenkreiskondensator Link capacitor
- 4141
- Diode diode
- 4242
- Zwischenkreiskondensator Link capacitor
- 4343
- Halbleiterschalter Semiconductor switches
- 4444
- Diode diode
- Uin U in
- Eingangsgleichspannung DC input voltage
- UZ U Z
- Zwischenkreisspannung Intermediate circuit voltage
- UA U A
- Zusatzgleichspannung Additional DC
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- EP 1033804 A2 [0005] EP 1033804 A2 [0005]
- DE 102011011973 B4 [0006] DE 102011011973 B4 [0006]
Claims (18)
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Publications (1)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R120 | Application withdrawn or ip right abandoned |