DE102014203382A1 - Modular inverter system and converter modules to set up a suitable inverter system - Google Patents

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    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
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    • H02M7/493—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode the static converters being arranged for operation in parallel

Abstract

Es ist ein modular aufgebautes Wechselrichtersystem zum Erzeugen einer einphasigen Wechselspannung (UOUT) aus mindestens einer Eingangsspannung (UIN) offenbart, wobei die Wechselspannung (UOUT) an einem Systemausgang (17) des Wechselrichtersystems (1) anliegt. Das erfindungsgemäße Wechselrichtersystem umfasst: mindestens zwei Wandlermodule (2) mit jeweils einem Wandlereingang (11), einem Wandlerausgang (12) und einem Steuereingang (13), wobei an den Wandlereingängen (11) eine der Eingangsspannungen (UIN) anliegt, wobei jedes Wandlermodul (2) die Wechselspannung (UOUT) aus der am Wandlereingang (11) anliegenden Eingangsspannung (UIN) erzeugt und an dem jeweiligen Wandlerausgang (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) ausgibt und wobei die Wandlerausgänge (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) der Wandlermodule (2) jeweils mit dem Systemausgang (17) verbunden sind, und ein zentrales Steuermodul (3), das zum Steuern von zumindest Teilfunktionen der Wandlermodule (2) ausgebildet ist und Steuersignale an den jeweiligen Steuereingang (13.1, 13.2, 13.3, 13.4) der Wandlermodule (2) ausgibt, wobei die durch das zentrale Steuermodul (3) gesteuerten Teilfunktionen der Wandlermodule (2) die relative Phasenlage der an den Wandlerausgängen (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) der einzelnen Wandlermodule (3) ausgegebenen Ausgangsspannungen (UOUT) umfasst. Ein entsprechendes modular aufgebautes Wechselrichtersystem zum Erzeugen einer n-phasigen Wechselspannung ist ebenso angegeben. Ferner sind Wandlermodule offenbart, die zum Aufbau eines modular aufgebauten Wechselrichtersystems zur Ausgabe einer ein- oder mehrphasigen Wechselspannung geeignet sind.It is a modular inverter system for generating a single-phase AC voltage (UOUT) of at least one input voltage (UIN) disclosed, wherein the AC voltage (UOUT) at a system output (17) of the inverter system (1) is applied. The inverter system according to the invention comprises: at least two converter modules (2) each having a converter input (11), a converter output (12) and a control input (13), wherein one of the input voltages (UIN) is applied to the converter inputs (11), each converter module (UIN) 2) generates the AC voltage (UOUT) from the input voltage (UIN) present at the converter input (11) and outputs it at the respective converter output (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) and wherein the converter outputs (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) of the converter modules (2) are each connected to the system output (17), and a central control module (3), which is designed to control at least partial functions of the converter modules (2) and control signals to the respective control input (13.1, 13.2, 13.3, 13.4) of the Transducer modules (2) outputs, wherein the controlled by the central control module (3) sub-functions of the converter modules (2) the relative phase of the at the transducer outputs (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) of the individual Converter modules (3) output output voltages (UOUT) includes. A corresponding modular inverter system for generating an n-phase AC voltage is also indicated. Furthermore, converter modules are disclosed which are suitable for the construction of a modular inverter system for outputting a single-phase or multi-phase AC voltage.

Description

Die Erfindung betrifft ein modular aufgebautes Wechselrichtersystem zum Erzeugen einer einphasigen Wechselspannung bzw. einer n-phasigen Wechselspannung (mit n als natürliche Zahl größer oder gleich 2) aus einer oder mehreren Eingangsspannungen. Die Erfindung betrifft ferner ein Wandlermodul zum Aufbau eines entsprechenden Wechselrichtersystems. The invention relates to a modular inverter system for generating a single-phase AC voltage or an n-phase AC voltage (with n as a natural number greater than or equal to 2) from one or more input voltages. The invention further relates to a converter module for constructing a corresponding inverter system.

Aus der Praxis sind verschiedene Wechselrichtersysteme bekannt. Sie erzeugen aus einer Eingangsspannung – meist einer Gleichspannung aus einer Batterie, einer Photovoltaik-Anlage oder anderen Gleichspannungsquellen – eine Wechselspannung. Aber auch Wechselspannungen können die Eingangsspannung bilden. Meist hat die Eingangsspannung dann eine andere Spannung und/oder eine andere Frequenz als die Ausgangsspannung. From practice different inverter systems are known. They generate an AC voltage from an input voltage - usually a DC voltage from a battery, a photovoltaic system or other DC voltage sources. But AC voltages can also form the input voltage. Most of the input voltage then has a different voltage and / or frequency than the output voltage.

Die ausgegebene Wechselspannung weist häufig einen sinusförmigen oder zumindest annähernd sinusförmigen Verlauf auf. Spannungsniveau und Frequenz der Wechselspannung hängt von dem jeweiligen Anwendungsfall ab. So ist beispielsweise bei Verwendung des Wechselrichtersystems zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern im mobilen Einsatz, beispielsweise in Fahrzeugen, die Verwendung von Parametern üblicher Energieversorgungsnetzwerke gebräuchlich, beispielsweise 230 V/50 Hz oder 120 V/60 Hz. The output AC voltage often has a sinusoidal or at least approximately sinusoidal course. Voltage level and frequency of the AC voltage depends on the particular application. For example, when using the inverter system for supplying electrical consumers in mobile use, for example in vehicles, the use of parameters of conventional power supply networks is common, for example, 230 V / 50 Hz or 120 V / 60 Hz.

Werden Wechselrichtersysteme zur Einspeisung von Energie aus einer Photovoltaik-Anlage in ein Energieversorgungsnetzwerk verwendet, muss die Wechselspannung an das Spannungsniveau und Frequenz des angekoppelten Versorgungsnetzwerks angepasst sein. Dies hängt im Wesentlichen davon ab, ob die Photovoltaik-Anlage an ein Niederspannungs- oder ein Mittelspannungsnetzwerk angekoppelt oder eine Insellösung realisiert ist. Ein derartiges Wechselrichtersystem ist beispielsweise aus der EP 2 270 971 A1 bekannt. If inverter systems are used to feed energy from a photovoltaic system into a power supply network, the AC voltage must be adapted to the voltage level and frequency of the coupled supply network. This essentially depends on whether the photovoltaic system is connected to a low-voltage or medium-voltage network or a standalone solution is realized. Such an inverter system is for example from the EP 2 270 971 A1 known.

Ähnliches gilt für Wechselrichter, die eine HGÜ-Leitung (Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Leitung) an ein Energieversorgungsnetzwerk ankoppeln sollen. Ein derartiges Wechselrichtersystem ist aus der EP 2 290 799 A1 bekannt. Dort sind mehrere Submodule in Reihe geschaltet, die gemeinsam eine Spannung für eine Phase des Versorgungsnetzwerkes erzeugen. Die Ausgangsspannungen der einzelnen Submodule werden durch Reihenschaltung aufaddiert. Durch eine möglichst hohe Anzahl parallel geschalteter Submodule soll eine besonders glatte Ausgangsspannung mit praktisch keinen höheren Harmonischen entstehen. Die EP 2 290 799 A1 bleibt in vielen Belangen sehr allgemein, beispielsweise bezüglich der Ansteuerung der einzelnen Wechselrichter. The same applies to inverters that are intended to connect an HVDC line (high-voltage DC transmission line) to a power supply network. Such an inverter system is from the EP 2 290 799 A1 known. There, several submodules are connected in series, which together generate a voltage for one phase of the supply network. The output voltages of the individual submodules are added by series connection. The highest possible number of submodules connected in parallel should result in a particularly smooth output voltage with practically no higher harmonics. The EP 2 290 799 A1 remains very general in many respects, for example with regard to the control of the individual inverters.

Auch zur Versorgung von Drehstrommotoren werden in der Praxis Wechselrichtersysteme eingesetzt, die die Versorgungsspannungen für die einzelnen Wicklungen des Motors erzeugen. Beispielhaft sei auf die Wechselrichtersysteme gemäß EP 2 608 389 A1 , EP 2 608 390 A1 , EP 2 608 391 A1 und EP 2 608 392 A1 verwiesen. Dort sind Wechselrichtersysteme mit mehreren in Reihe geschalteten Submodulen offenbart, von denen jedes die Versorgungsspannung für eine Motorwicklung erzeugt. Also for the supply of three-phase motors inverter systems are used in practice, which generate the supply voltages for the individual windings of the motor. As an example, refer to the inverter systems according to EP 2 608 389 A1 . EP 2 608 390 A1 . EP 2 608 391 A1 and EP 2 608 392 A1 directed. There are disclosed inverter systems with a plurality of submodules connected in series, each of which generates the supply voltage for a motor winding.

Aus der EP1 445 095 A1 ist ein Konverter zur Ausgabe einer Gleich- oder Wechselspannung auf unterschiedlichen Spannungsniveaus bekannt. Der Konverter umfasst mehrere unterschiedlich parametrierte Zweige, mit denen durch geeignete Ansteuerung eine bipolare Ausgangsspannung mit diskreten Amplitudenwerten erzeugt werden kann. Damit ist auch ein annähernd sinusförmiger Verlauf der Ausgangsspannung erzeugbar. From the EP1 445 095 A1 is a converter for outputting a DC or AC voltage at different voltage levels known. The converter comprises a plurality of differently parameterized branches with which a bipolar output voltage with discrete amplitude values can be generated by suitable control. Thus, an approximately sinusoidal profile of the output voltage can be generated.

Nachteilig an den bekannten Wechselrichtersystemen ist, dass diese eine nur geringe Flexibilität aufweisen. In den meisten Fällen ist nicht nur das Ausgangsspannungsniveau weitgehend festgeschrieben, sondern auch die maximal durch das Wechselrichtersystem abgegebene Leistung. Eine Veränderung eines Parameters des Wechselrichtersystems bedingt oft die Veränderung des gesamten Systems. Dies führt sowohl bei den Herstellern der Wechselrichtersysteme als auch bei deren Kunden zu erhöhten Kosten. Auf Seiten der Hersteller ergeben sich erhöhte Kosten durch die Notwendigkeit einer großen Produktpallete mit einer Vielzahl möglicher Parametrierungen. Auf Seiten der Kunden entstehen höhere Kosten durch die Notwendigkeit einer möglichst zukunftssicheren Auslegung der Wechselrichtersysteme. Dadurch müssen die Systeme großzügiger ausgelegt werden als bei Installation eigentlich notwendig oder ein eventueller Austausch des gesamten Wechselrichtersystems muss in Kauf genommen werden. A disadvantage of the known inverter systems that they have only a low flexibility. In most cases, not only the output voltage level is largely fixed, but also the maximum power delivered by the inverter system. Changing a parameter of the inverter system often requires changing the entire system. This leads to increased costs for both the manufacturers of the inverter systems and their customers. Increased costs on the part of manufacturers result from the need for a large product pallet with a large number of possible parameterizations. On the customer side, higher costs are incurred due to the need for a future-proof design of the inverter systems. As a result, the systems have to be designed more generously than is actually necessary during installation or a possible replacement of the entire inverter system must be accepted.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein modular aufgebautes Wechselrichtersystem zur Ausgabe von ein- oder mehrphasigen Wechselspannungen derart auszugestalten und weiterzubilden, dass ein möglichst flexibler Einsatz des Wechselrichtersystems bei gleichzeitig geringen Kosten des Gesamtsystems erreichbar ist. Ferner soll ein Wandlermodul zum Aufbau eines derartigen Wechselrichtersystems angegeben werden. The present invention is therefore based on the object to design a modular inverter system for the output of single- or multi-phase AC voltages such and further, that the most flexible use of the inverter system can be achieved at the same time low cost of the overall system. Furthermore, a converter module is to be specified for the construction of such an inverter system.

Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe für einphasige Wechselrichtersysteme, bei denen die Wechselspannung aus einer oder mehreren Eingangsspannungen erzeugt wird und die Wechselspannung an einem Systemausgang des Wechselrichtersystems anliegt, durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach umfasst das in Rede stehende Wechselrichtersystem:
mindestens zwei Wandlermodule mit jeweils einem Wandlereingang, einem Wandlerausgang und einem Steuereingang, wobei an den Wandlereingängen eine der Eingangsspannungen anliegt, wobei jedes Wandlermodul die Wechselspannung aus der am Wandlereingang anliegenden Eingangsspannung erzeugt und an dem jeweiligen Wandlerausgang ausgibt und wobei die Wandlerausgänge der Wandlermodule jeweils mit dem Systemausgang verbunden sind, und
ein zentrales Steuermodul, das zum Steuern von zumindest Teilfunktionen der Wandlermodule ausgebildet ist und Steuersignale an den jeweiligen Steuereingang der Wandlermodule ausgibt, wobei die durch das zentrale Steuermodul gesteuerten Teilfunktionen der Wandlermodule die relative Phasenlage der an den Wandlerausgängen der einzelnen Wandlermodule ausgegebenen Ausgangsspannungen umfasst. According to the invention, the above object is for single-phase inverter systems in which the AC voltage is generated from one or more input voltages and the AC voltage applied to a system output of the inverter system, solved by the features of claim 1. After that, the inverter system in question comprises:
at least two converter modules each having a converter input, a converter output and a control input, wherein one of the input voltages applied to the converter inputs, each converter module generates the AC voltage from the input voltage applied to the converter input and outputs at the respective converter output and wherein the converter outputs of the converter modules each with the System output are connected, and
a central control module which is designed to control at least partial functions of the converter modules and outputs control signals to the respective control input of the converter modules, the partial functions of the converter modules controlled by the central control module comprising the relative phase position of the output voltages output at the converter outputs of the individual converter modules.

Im Zusammenhang mit dem Erzeugen einer n-phasigen Wechselspannung (also einer Wechselspannung auf n Phasen) ist die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 19 gelöst. Danach umfasst das modular aufgebaute Wechselrichtersystem, bei dem die Wechselspannung aus einer Eingangsspannung erzeugt wird und dessen Systemausgang zur Ausgabe der n-phasigen Wechselspannung ausgebildet ist:
n Wandlermodule mit jeweils einem Wandlereingang, einem Wandlerausgang und einem Steuereingang, wobei an den Wandlereingängen jeweils die Eingangsspannung anliegt, wobei jedes Wandlermodul eine Wechselspannung für eine der n Phasen der am Systemausgang ausgegebenen Wechselspannung erzeugt und an dem jeweiligen Wandlerausgang ausgibt und wobei die Wandlerausgänge jedes Wandlermoduls mit dem zugehörigen Teil des Systemausgang verbunden ist, und
ein zentrales Steuermodul, das zum Steuern von zumindest Teilfunktionen der Wandlermodule ausgebildet ist und Steuersignale an den jeweiligen Steuereingang der Wandlermodule ausgibt, wobei die durch das zentrale Steuermodul gesteuerten Teilfunktionen der Wandlermodule die relative Phasenlage der an den Wandlerausgängen ausgegebenen Wechselspannungen umfasst. In connection with the generation of an n-phase AC voltage (ie an AC voltage to n phases), the above object is achieved by the features of claim 19. Thereafter, the modular inverter system comprises, in which the AC voltage is generated from an input voltage and whose system output is designed to output the n-phase AC voltage:
n converter modules, each having a converter input, a converter output and a control input, wherein at the converter inputs in each case the input voltage is applied, each converter module generates an AC voltage for one of the n phases output at the system output AC voltage and outputs at the respective converter output and wherein the converter outputs each converter module connected to the associated part of the system output, and
a central control module, which is designed to control at least partial functions of the converter modules and outputs control signals to the respective control input of the converter modules, wherein the controlled by the central control module sub-functions of the converter modules comprises the relative phase position of the output at the converter outputs AC voltages.

Hinsichtlich eines Wandlermoduls, das zum Aufbau eines entsprechenden Wechselrichtersystems geeignet ist, wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 21 gelöst. Danach umfasst das Wandlermodul einen Wandlereingang, einen Wandlerausgang und einen Steuereingang aufweist, wobei an dem Wandlereingang eine Eingangsspannung anliegt, wobei das Wandlermodul aus der Eingangsspannung eine Wechselspannung erzeugt und an dem Wandlerausgang ausgibt und wobei die Erzeugung der Wechselspannung durch Steuerinformationen gesteuert wird, die von einem zentralen Steuermodul über den Steuereingang empfangen werden. With regard to a converter module which is suitable for constructing a corresponding inverter system, the above object is achieved by the features of claim 21. Thereafter, the converter module comprises a converter input, a converter output and a control input, wherein an input voltage is applied to the converter input, wherein the converter module from the input voltage generates an AC voltage and outputs at the converter output and wherein the generation of the AC voltage is controlled by control information from a central control module via the control input.

In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass eine Flexibilisierung dann besonders gut erreichbar ist, wenn auf die bei modular aufgebauten Wechselrichtern in der Praxis weit verbreitete Reihenschaltung der einzelnen Wandlermodule verzichtet wird. Durch diese einfache Maßnahme wird erreicht, dass sich mit Zuschaltung eines weiteren Wandlermoduls nicht die wichtigste Eingangsgröße, nämlich die an den Wandlermodulen jeweils anliegende Spannung, für alle Wandlermodule ändert. Zwar wird die Flexibilität der ausgangsseitigen Beschaltung dadurch eingeschränkt. Allerdings lässt sich dieser „Nachteil“ durch eine relativ einfache Maßnahme beseitigen und dennoch ein hochgradig flexibles, modular aufgebautes Wechselrichtersystem ausbilden. In accordance with the invention, it has first been recognized that flexibilization can be achieved particularly well if the series connection of the individual converter modules, which is widespread in practice in the case of modular inverters, is dispensed with. By means of this simple measure it is achieved that, with the connection of a further converter module, the most important input variable, namely the voltage applied to the converter modules in each case, does not change for all converter modules. Although this limits the flexibility of the output-side wiring. However, this "disadvantage" can be eliminated by a relatively simple measure and yet form a highly flexible, modular inverter system.

Erfindungsgemäß umfasst das Wechselrichtersystem ein zentrales Steuermodul, das zur Steuerung von zumindest Teilfunktionen der einzelnen Wandlermodule ausgebildet ist und somit Steuerfunktionen innerhalb des Wechselrichtersystems übernehmen kann. Zu diesen Teilfunktionen gehört die relative Phasenlage der an den Wandlerausgängen der einzelnen Wandlermodule ausgegebenen Ausgangsspannungen. Auf diese Weise lassen sich die Wandlermodule derart aufeinander abstimmen, dass die Ausgangsspannungen der Wandlermodule eine definierte Phasenlage aufweisen, wodurch beispielsweise bei einer einphasigen Wechselspannung am Systemausgang des Wechselrichtersystems ein gegenseitiges Belasten der einzelnen Wandlermodule weitgehend unterbunden werden kann. According to the invention, the inverter system comprises a central control module which is designed to control at least partial functions of the individual converter modules and thus can take over control functions within the inverter system. These subfunctions include the relative phase of the output voltages applied to the converter outputs of the individual converter modules. In this way, the converter modules can be coordinated so that the output voltages of the converter modules have a defined phase position, whereby a mutual loading of the individual converter modules can be largely prevented, for example, in a single-phase AC voltage at the system output of the inverter system.

Im Konkreten weist das erfindungsgemäße Wechselrichtersystem also mindestens zwei Wandlermodule und ein zentrales Steuermodul auf. Jedes Wandlermodul weist einen Wandlereingang, einen Wandlerausgang und einen Steuereingang auf. Am Wandlereingang eines jeden Wandlermoduls liegt eine Eingangsspannung an, d.h. die Wandlereingänge sind parallel geschaltet. Jedes Wandlermodul erzeugt aus der Eingangsspannung eine Ausgangsspannung und gibt diese Ausgangsspannung am Wandlerausgang aus. Die Erzeugung der Ausgangsspannung basiert auf Parametern, die durch über den jeweiligen Steuereingang empfangenen Steuerinformationen definiert sind. Specifically, the inverter system according to the invention thus has at least two converter modules and a central control module. Each converter module has a converter input, a converter output and a control input. At the converter input of each converter module is an input voltage, i. the converter inputs are connected in parallel. Each converter module generates an output voltage from the input voltage and outputs this output voltage at the converter output. The generation of the output voltage is based on parameters defined by control information received via the respective control input.

Durch die Auslagerung von Steuerfunktionen auf ein zentrales Steuermodul können die Wandlermodule derart universell gehalten werden, dass sie sowohl in Wechselrichtersystemen zur Erzeugung einer einphasigen Wechselspannung als auch in Wechselrichtersystemen zur Erzeugung einer mehrphasigen Wechselspannung verwendet werden können. By outsourcing control functions to a central control module, the converter modules can be kept so universal that they can be used both in inverter systems for generating a single-phase AC voltage as well as in Inverter systems can be used to produce a multi-phase AC voltage.

In einem erfindungsgemäßen, einphasigen Wechselrichtersystem sind die Wandlerausgänge der einzelnen Wandlermodule parallel geschaltet und jeweils mit dem Systemausgang des Wechselrichtersystems verbunden. Auf diese Weise trägt jedes Wandlermodul einen Teil zu der Ausgangsleistung des Wechselrichtersystems bei. Soll die Ausgangsleistung erhöht werden, kann ein weiteres Wandlermodul parallel geschaltet werden, ohne dass an den anderen Modulen Veränderungen vorgenommen werden müssen. Dadurch entsteht ein tatsächlich modular aufgebautes und insbesondere flexibel erweiterbares System. Einzige Voraussetzung ist, dass das zentrale Steuermodul in der Lage ist, das ergänzte Wandlermodul zusätzlich anzusteuern. Enthält das Wechselrichtersystem bereits k Wandlermodule, muss das zentrale Steuermodul also k + 1 Wandlermodule ansteuern können. Diese Voraussetzung lässt sich jedoch relativ einfach realisieren. In a single-phase inverter system according to the invention, the converter outputs of the individual converter modules are connected in parallel and in each case connected to the system output of the inverter system. In this way, each converter module contributes a part to the output power of the inverter system. If the output power is to be increased, another converter module can be connected in parallel without having to make any changes to the other modules. This creates a truly modular system and in particular flexibly expandable system. The only prerequisite is that the central control module is able to additionally control the supplemented converter module. If the inverter system already contains k converter modules, the central control module must be able to control k + 1 converter modules. However, this condition can be realized relatively easily.

Im n-phasigen Fall des erfindungsgemäßen Wechselrichtersystems können die gleichen Wandlermodule zum Aufspannen einer Wechselspannung mit n Phasen genutzt werden, wobei n eine natürliche Zahl größer oder gleich 2 ist. Hierzu umfasst das Wechselrichtersystem n Wandlermodule, die eingangsseitig parallel geschaltet und mit einer Eingangsspannung beaufschlagt sind. Die Wandlerausgänge jedes Wandlermoduls sind mit einer Phase des Systemausgangs des Wechselrichtersystems verbunden, der zur Ausgabe der n-phasigen Wechselspannung ausgebildet ist. Das zentrale Steuermodul steuert die relative Phasenlage der an den jeweiligen Wandlerausgängen ausgegebenen Spannungen derart, dass die Phasen zueinander um 360°/n verschoben sind. In dem am weitesten verbreiteten dreiphasigen Wechselspannungssystem (häufig auch als Drehstrom bezeichnet) sind die n = 3 Phasen um 120° phasenverschoben. In the n-phase case of the inverter system according to the invention, the same converter modules can be used to span an alternating voltage with n phases, where n is a natural number greater than or equal to 2. For this purpose, the inverter system comprises n converter modules, which are connected in parallel on the input side and supplied with an input voltage. The converter outputs of each converter module are connected to a phase of the system output of the inverter system, which is designed to output the n-phase AC voltage. The central control module controls the relative phase of the voltages output at the respective transducer outputs such that the phases are shifted from each other by 360 ° / n. In the most widely used three-phase AC voltage system (often referred to as a three-phase current), the n = 3 phases are phase-shifted by 120 °.

Beide Aspekte der Erfindung lassen sich in einfacher Weise kombinieren. Wenn das Wechselrichtersystem beispielsweise 2·n Wandlermodule aufweist, können jeweils zwei Wandlermodule ausgangsseitig parallel geschaltet werden. Die dadurch entstehenden Wandlermodul-Paare können die Spannung für eine der n Phasen der durch das Wechselrichtersystem ausgegebenen Wechselspannung erzeugen. Dadurch kann die die durch das Wechselrichtersystem abgebbare Leistung flexibel erhöht werden. Both aspects of the invention can be combined in a simple manner. If the inverter system has, for example, 2 × n converter modules, in each case two converter modules can be connected in parallel on the output side. The resulting transducer module pairs can generate the voltage for one of the n phases of the AC voltage output by the inverter system. As a result, the achievable by the inverter system performance can be increased flexibly.

Der Begriff „zentral“ bedeutet, dass das zentrale Steuermodul die Erzeugung von Steuerinformationen für mehrere Wandlermodule übernimmt. Es wird also eine oder mehrere Steueraufgaben innerhalb des Wechselrichtersystems auf ein Steuermodul verschoben, also zentralisiert. Der Begriff „zentral“ bedeutet jedoch nicht, dass das Steuermodul auch zwangsläufig innerhalb des Wechselrichtermoduls zentral angeordnet sein muss. Es ist beispielsweise möglich, dass die einzelnen Wandlermodule untereinander mit einem Bussystem verbunden sind und dass das zentrale Steuermodul am Ende der Busleitung angeordnet ist. In diesem Fall dürfte das zentrale Steuermodul eher am Rande des Gehäuses des Wechselrichtersystems angeordnet sein. Auch wenn das zentrale Steuermodul vorzugsweise als ein einzelnes Modul auf einer Platine und/oder in einem Gehäuse ausgebildet ist, so ist prinzipiell auch möglich, dass das zentrale Steuermodul durch mehrere Submodule ausgebildet ist, die gemeinsam die Funktion des zentralen Steuermoduls erfüllen. The term "central" means that the central control module takes over the generation of control information for several converter modules. So one or more control tasks within the inverter system is moved to a control module, so centralized. However, the term "central" does not mean that the control module must necessarily be arranged centrally within the inverter module. It is for example possible that the individual converter modules are interconnected with a bus system and that the central control module is arranged at the end of the bus line. In this case, the central control module is likely to be located at the edge of the housing of the inverter system. Even if the central control module is preferably designed as a single module on a circuit board and / or in a housing, it is also possible in principle for the central control module to be formed by a plurality of submodules which together fulfill the function of the central control module.

Das erfindungsgemäße Wechselrichtersystem kann in den verschiedensten Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen. Denkbar sind beispielsweise industrielle Anwendungen. Vorzugsweise kommt das erfindungsgemäße Wechselrichtersystem jedoch in Fahrzeugen zum Einsatz. Ein ganz besonders bevorzugter Einsatzbereich sind Schienenfahrzeuge, also in Lokomotiven, Triebwagen, Waggons, Straßenbahnen und dergleichen. In diesem Fall dient das Wechselrichtersystem beispielsweise der Versorgung von Hilfssystemen innerhalb des Fahrzeugs oder von elektronischen Geräten von Fahrgästen. Eine durch das Wechselrichtersystem erzeugte dreiphasige Wechselspannung kann beispielsweise zur Versorgung einer Klimaanlage genutzt werden. Eingangsseitig wird das Wechselrichtersystem dann meist aus einer mitgeführten Pufferbatterie versorgt. Es wäre eingangsseitig allerdings auch eine Wechselspannung, beispielsweise die aus dem Fahrdraht abgenommene Spannung, denkbar. The inverter system according to the invention can be used in a wide variety of applications. For example, industrial applications are conceivable. Preferably, however, the inverter system according to the invention is used in vehicles. A very particularly preferred area of use are rail vehicles, ie in locomotives, railcars, wagons, trams and the like. In this case, the inverter system serves, for example, the supply of auxiliary systems within the vehicle or of electronic devices of passengers. A three-phase AC voltage generated by the inverter system can be used for example to supply an air conditioner. On the input side, the inverter system is then usually supplied from an accompanying backup battery. However, it would be on the input side, an AC voltage, for example, the voltage removed from the contact wire, conceivable.

Nachfolgend werden einige bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung mit Bezug auf eine einphasige Wechselspannung am Ausgang des Wechselrichtersystems dargestellt. Ein Fachmann wird erkennen, dass und wie viele der für das einphasige Wechselrichtersystem beschriebenen Merkmale auch auf den mehrphasigen Fall übertragbar ist. Daher wird nachfolgend weitgehend auf explizite Ausführungen zu mehrphasigen Ausgangsspannungen verzichtet. Dies sollte jedoch nicht als Einschränkung auf den einphasigen Fall verstanden werden. Hereinafter, some preferred embodiments and further developments of the invention are illustrated with reference to a single-phase AC voltage at the output of the inverter system. One skilled in the art will recognize that and how many of the features described for the single-phase inverter system are also applicable to the polyphase case. For this reason, explicit explanations on multiphase output voltages are largely omitted below. However, this should not be construed as limiting to the single phase case.

Prinzipiell gibt es zur Vermeidung einer eingangsseitigen Reihenschaltung der Wandlermodule zwei Möglichkeiten, um die Eingangsspannung auf die Wandlermodule zu schalten. Eine erste Variante ist, dass das Wechselrichtersystem zur Eingabe einer einzelnen Eingangsspannung ausgebildet ist. In diesem Fall würde der Wandlereingang eines jeden Wandlermoduls mit der Eingangsspannung beaufschlagt. Damit wären die Wandlermodule eingangsseitig parallel geschaltet. In principle, there are two ways to switch the input voltage to the converter modules to avoid an input-side series connection of the converter modules. A first variant is that the inverter system is designed to input a single input voltage. In this case, the converter input of each converter module would be the input voltage applied. Thus, the converter modules would be connected in parallel on the input side.

Gemäß einer zweiten Variante könnte das Wechselrichtersystem zum Anschluss an mehrere Energieversorgungen ausgebildet sein. Dabei sind die Energieversorgungen vorzugsweise unabhängig voneinander, beispielsweise durch getrennte Batterien oder unabhängige Versorgungsnetze. Über die mehrere Energieversorgungen wird das Wechselrichtersystem mit mehreren Eingangsspannungen versorgt, wobei die Anzahl der Eingangsspannungen der der Energieversorgungen entspricht. Die Spannungsniveaus können prinzipiell unterschiedlich sein. Vorzugsweise weisen die Eingangsspannungen aber ein im Wesentlichen gleiches Spannungsniveau auf. Jede der Eingangsspannungen ist auf mindestens ein Wandlermodul aufgeschaltet. Es kann für jedes Wandlermodul eine eigene Eingangsspannung vorgesehen sein. Allerdings kann eine Eingangsspannung auch auf mehrere Wandlermodule geschaltet sein. Zur Vermeidung einer Kopplung der Energieversorgungen ist vorzugsweise auf ein Wandlermodul zu einem Zeitpunkt t immer nur eine Eingangsspannung geschaltet. According to a second variant, the inverter system could be designed for connection to a plurality of power supplies. The energy supplies are preferably independent of each other, for example by separate batteries or independent supply networks. The multiple power supplies provide the inverter system with multiple input voltages, with the number of input voltages equaling that of the power supplies. The voltage levels can be different in principle. Preferably, however, the input voltages have a substantially equal voltage level. Each of the input voltages is switched to at least one converter module. It can be provided for each converter module its own input voltage. However, an input voltage can also be connected to a plurality of converter modules. To avoid a coupling of the power supplies, only one input voltage is preferably connected to a converter module at a time t.

Die zweite Variante hat insbesondere den Vorteil, dass Redundanzen erzeugt werden können. Da die Wandlermodule unabhängige Module sind, kann das Wechselrichtersystem bereits ohne den Anschluss an mehrere Energieversorgungen den Ausfall eines oder mehrerer Wandlermodule verkraften. Wenn die verbleibenden Wandlermodule in der Lage sind, die Ausgangsleistung des Wechselrichtersystems zu treiben, kann das Wechselrichtersystem weiterhin die Ausgangsspannung erzeugen und ausgeben. Durch die Bereitstellung mehrerer Energieversorgungen kann zusätzlich eine Energieversorgung ausfallen. Auch hier ist die Bereitstellung der Ausgangsspannung durch das Wechselrichtersystem nicht gefährdet, wenn die noch aktiven Wandlermodule die aktuelle Ausgangsleistung des Wechselrichtersystems treiben können. The second variant has the particular advantage that redundancies can be generated. Since the converter modules are independent modules, the inverter system can already cope with the failure of one or more converter modules without connecting it to several power supplies. If the remaining converter modules are able to drive the output power of the inverter system, the inverter system may continue to generate and output the output voltage. The provision of multiple power supplies can additionally result in a power supply. Again, the provision of the output voltage by the inverter system is not compromised when the still active converter modules can drive the current output power of the inverter system.

Die zweite Variante bietet sich insbesondere bei einphasigen Wechselrichtersystemen an. Bei mehrphasigen Wechselrichtersystemen könnte der Ausfall einer Energieversorgung zum Wegfall einer Phase und damit zu einer nicht mehr „vollständigen“ Ausgangsspannung führen. Daher ist bei mehrphasigen Wechselrichtersystemen meist die erste Variante sinnvoller. Allerdings wäre bei einem n-phasigen Wechselrichtersystem mit i·n Wandlermodulen (i als natürliche Zahl größer oder gleich 2) denkbar, dass jeweils die n Wandlermodule eines Wandlersatzes mit einer Eingangsspannung versorgt sind und daraus die n Phasen der Ausgangsspannung erzeugen. Damit könnte ein derartiges Wechselrichtersystem mit bis zu i Energieversorgungen verbunden sein. Bei Ausfall einer Energieversorgung würde ein Wandlersatz nicht mehr mit Energie versorgt, während der verbleibende Wandlersatz bzw. die verbleibenden Wandlersätze weiterhin die n-phasige Ausgangsspannung erzeugen. The second variant is particularly suitable for single-phase inverter systems. In multiphase inverter systems, the failure of a power supply could lead to the elimination of a phase and thus to a no longer "complete" output voltage. Therefore, in the case of multiphase inverter systems, usually the first variant makes more sense. However, in the case of an n-phase inverter system with i.n converter modules (i being a natural number greater than or equal to 2), it would be conceivable for the n converter modules of a converter set to be supplied with an input voltage and to generate the n phases of the output voltage therefrom. Thus, such an inverter system could be connected to up to i power supplies. In case of failure of a power supply, a converter set would no longer be supplied with energy, while the remaining converter set or the remaining converter sets continue to generate the n-phase output voltage.

Zur Energieversorgung des zentralen Steuermoduls kann eine Hilfsspannungsquelle vorgesehen sein. Diese kann als separates Modul innerhalb des Wechselrichtersystems ausgebildet sein. Allerdings kann die Hilfsspannungsquelle auch in einem oder mehreren der Wandlermodule ausgebildet sein. Letzteres bietet sich insbesondere bei Wechselrichtersystemen an, die eine Redundanz bieten sollen. For supplying power to the central control module, an auxiliary voltage source can be provided. This can be designed as a separate module within the inverter system. However, the auxiliary voltage source may also be formed in one or more of the converter modules. The latter is particularly suitable for inverter systems that are intended to provide redundancy.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das zentrale Steuermodul dazu ausgebildet, eine Leistungssteuerung der einzelnen Wandlermodule durchzuführen. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die einzelnen Wandlermodule weitgehend gleich belastet werden und einen weitgehend gleichen Beitrag zu der durch das Wechselrichtersystem abgegebenen Leistung leisten. Eine Leistungssteuerung kann dadurch erfolgen, dass das zentrale Steuermodul die durch das jeweilige Wandlermodul abgegebene Leistung vorgibt und das Wandlermodul diese Sollabgabeleistung regelt. Andererseits kann das zentrale Steuermodul auch die Leistungsabgabe durch die einzelnen Wandlermodule direkt steuern. In a preferred embodiment of the invention, the central control module is designed to perform a power control of the individual converter modules. In this way, it can be achieved that the individual converter modules are charged substantially equally and make a largely equal contribution to the power output by the inverter system. A power control can be effected in that the central control module predefines the power delivered by the respective converter module and the converter module regulates this desired output power. On the other hand, the central control module can also directly control the power output by the individual converter modules.

Eine Steuerung könnte derart erfolgen, dass sämtliche Wandlermodule mit den gleichen Parametern angesteuert werden. Durch Bauteiltoleranzen sind jedoch nicht alle Wandlermodule exakt gleich, so dass diese Leistungsvorgabe nicht immer gute Ergebnisse liefert. Die Leistungssteuerung kann verbessert werden, wenn Informationen über die durch das Wechselrichtersystem und/oder die einzelnen Wandlermodule abgegebene Leistung bekannt ist. Diese Informationen können „von außen“ über geeignete Schnittstellen in das Wechselrichtersystem bzw. in das zentrale Steuermodul eingegeben werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist in dem Wechselrichtersystem mindestens eine Messeinrichtung vorhanden, mit der/denen die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom und gegebenenfalls zusätzlich der Phasenwinkel bestimmt werden kann/können. Geeignete Messeinrichtungen sind aus der Praxis hinlänglich bekannt. Aus den durch die Messeinrichtungen gewonnenen Messwerten kann die momentan abgegebene Leistung berechnet werden. Die gemessenen oder aus Messwerten berechneten Leistungswerte können Momentanwerte oder Mittelwerte sein. A control could be such that all converter modules are driven with the same parameters. However, not all converter modules are exactly the same due to component tolerances, so that this power specification does not always give good results. The power control can be improved if information about the power output by the inverter system and / or the individual converter modules is known. This information can be entered "from the outside" via suitable interfaces in the inverter system or in the central control module. In a preferred embodiment, at least one measuring device is provided in the inverter system, with which the output voltage and the output current and optionally additionally the phase angle can be determined. Suitable measuring devices are well known in practice. From the measured values obtained by the measuring devices, the currently delivered power can be calculated. The measured power values or values calculated from measured values can be instantaneous values or average values.

Ergänzend oder alternativ können Verfahren zur indirekten Bestimmung der abgegebenen Leistung eingesetzt werden. So wirken unterschiedliche Belastungen des Ausgangs eines Wechselrichters auf Kenngrößen innerhalb des Wandlers zurück, beispielsweise das Entladeverhalten von Kapazitäten oder Induktivitäten innerhalb der Wandlermodule. Aus diesen Kenngrößen können in gewissen Grenzen Rückschlüsse auf die abgegebene Leistung gezogen werden. Diese Kenngrößen können auch direkt zur Leistungssteuerung verwendet werden, ohne dass vorher die tatsächlich abgegebene Leistung bestimmt oder berechnet wird. Additionally or alternatively, methods for indirect determination of the power delivered can be used. Thus, different loads of the output of an inverter to parameters within the converter back, for example, the discharge behavior of Capacities or inductances within the converter modules. From these parameters, conclusions can be drawn on the power delivered within certain limits. These parameters can also be used directly for power control without first determining or calculating the actually delivered power.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist jedes Wandlermodul eine oder mehrere Messeinrichtungen auf, die eine Bestimmung der durch das Wandlermodul abgegebenen Leistung erlaubt. Meist wird die Ausgangsspannung der Wandlermodule ohnehin für die Regelung auf einen Sollwert gemessen. Diese Information könnte zur Leistungssteuerung genutzt werden. Ergänzend kann noch Strom und gegebenenfalls der Phasenwinkel bestimmt werden. In a preferred embodiment, each converter module has one or more measuring devices which allow determination of the power output by the converter module. In most cases, the output voltage of the converter modules is anyway measured for regulation to a desired value. This information could be used for power control. In addition, current and optionally the phase angle can be determined.

Die Leistungssteuerung kann derart ausgebildet sein, dass zunächst die gesamte durch das Wechselrichtersystem abgegebene Leistung bestimmt wird. Hierzu könnte am Ausgang des Wechselrichtersystems eine geeignete Messeinrichtung vorgesehen sein. Dieser Messwert würde dann dem zentralen Steuermodul zur Verfügung gestellt. Zusammen mit Informationen über die Anzahl der in dem Wechselrichtersystem vorhandenen Wandlermodule kann ein Leistungssollwert bestimmt werden, der die durch ein Wandlermodul abzugebende Leistung angibt. Eine Regelung würde die abgegebene Leistung eines Wandlermoduls möglichst nahe an dem Leistungssollwert regeln. Da sich die Leistung, die aus dem Wechselrichtersystem bezogen wird, ändern kann, kann die Leistungssteuerung derart ausgebildet sein, dass der Leistungssollwert kontinuierlich angepasst wird. The power control can be designed such that first the entire power output by the inverter system is determined. For this purpose, a suitable measuring device could be provided at the output of the inverter system. This reading would then be provided to the central control module. Along with information about the number of converter modules present in the inverter system, a power set point can be determined that indicates the power to be delivered by a converter module. A regulation would regulate the power output of a converter module as close as possible to the power setpoint. Since the power sourced from the inverter system may change, the power controller may be configured to continuously adjust the power setpoint.

In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wandlermodule können diese über ein lokales Steuermodul verfügen, das Funktionen des Wandlermoduls steuert und/ oder regelt. Das lokale Steuermodul würde dann vom zentralen Steuermodul über den Steuereingang des Wandlermoduls Steuerinformationen empfangen. Diese Steuerinformationen können beispielsweise Sollausgangsspannung, Triggersignale zur Synchronisierung der Phasenlage, Sollphasendifferenz, Sollausgangsleistung, Zeitsignal, Sollausgangsfrequenz oder dergleichen umfassen. Das lokale Steuermodul steuert und/oder regelt Vorgänge innerhalb des Wandlermoduls dann so, dass die Steuerinformationen eingehalten werden. Vorzugsweise steuert das lokale Steuermodul das Wandlermodul derart, dass durch das zentrale Steuermodul vorgegebene Sollwerte für abgegebene Leistung und/oder Spannung durch das Wandlermodul eingehalten werden. In one embodiment of the converter modules according to the invention, these can have a local control module which controls and / or controls functions of the converter module. The local control module would then receive control information from the central control module via the control input of the converter module. This control information may include, for example, target output voltage, trigger signals for synchronization of the phase position, target phase difference, target output power, time signal, target output frequency or the like. The local control module then controls and / or regulates operations within the transducer module so that the control information is met. The local control module preferably controls the converter module in such a way that predetermined setpoint values for output power and / or voltage are maintained by the converter module by the central control module.

Denkbar wäre beispielsweise, dass das zentrale Steuermodul ein Triggersignal, eine Sollphasendifferenz und eine Sollausgangsspannung an das lokale Steuermodul übermittelt. Die Sollausgangsfrequenz sei fest in dem lokalen Steuermodul einprogrammiert. Das lokale Steuermodul würde die Steuerinformationen über den Steuereingang empfangen und basierend auf diesen Steuerinformationen (sowie den lokal gespeicherten Informationen) geeignete pulsweitenmodulierte Steuersignale an die Transistoren der Wechselrichterstufe ausgeben. Dadurch erzeugt das Wandlermodul eine Wechselspannung, deren Spannung und Phasenlage den Vorgaben des zentralen Steuermoduls entsprechen. It would be conceivable, for example, that the central control module transmits a trigger signal, a desired phase difference and a target output voltage to the local control module. The desired output frequency is permanently programmed in the local control module. The local control module would receive the control information via the control input and, based on this control information (as well as the locally stored information), output appropriate pulse width modulated control signals to the transistors of the inverter stage. As a result, the converter module generates an alternating voltage whose voltage and phase position correspond to the specifications of the central control module.

Die Kommunikation zwischen dem zentralen Steuermodul und den einzelnen lokalen Steuermodulen kann über ein Bussystem erfolgen. Eine mögliche Implementierung eines derartigen Busses ist der SPI-Bus (Serial Peripheral Interface Bus), der nach dem Master-Slave-Prinzip arbeitet. In dieser Implementierung könnte das zentrale Steuermodul den Master bilden, während alle Wandlermodule Slaves sind. Allerdings wäre auch denkbar, dass das zentrale Steuermodul derart mit dem lokalen Steuermodule eines der Wandlermodule interagiert, dass dieses Wandlermodul als Master angesehen werden kann und die verbleibenden Wandlermodule als Slaves angesteuert werden. The communication between the central control module and the individual local control modules can take place via a bus system. One possible implementation of such a bus is the Serial Peripheral Interface Bus (SPI) bus, which operates on the master-slave principle. In this implementation, the central control module could form the master while all converter modules are slaves. However, it would also be conceivable that the central control module interacts with the local control modules of one of the converter modules in such a way that this converter module can be regarded as a master and the remaining converter modules are controlled as slaves.

Die Kommunikation zwischen dem zentralen Steuermodul und den einzelnen Wandlermodulen kann sowohl analog als auch digital erfolgen. Es wäre prinzipiell auch eine Mischform denkbar, bei der einzelne Steuerinformation als analoge Signale und andere Steuerinformationen digital übertragen werden. Bei einer digitalen Übertragung würde das Wandlermodul eine Einrichtung zur Dekodierung der digital übertragenen Steuerinformationen umfassen. Diese Funktionalität kann auch – sofern vorhanden – vollständig oder in Teilen von dem lokalen Steuermodul übernommen werden. The communication between the central control module and the individual converter modules can be done both analog and digital. In principle, a hybrid form would also be conceivable in which individual control information is transmitted digitally as analog signals and other control information. In a digital transmission, the converter module would include means for decoding the digitally transmitted control information. This functionality can also - if present - be taken over in whole or in part by the local control module.

Bei einer Ausgestaltung des zentralen Steuermoduls kann dieses dazu ausgebildet sein, Steuerinformationen in Form von analogen oder digitalen Steuersignalen an die Wandlermodule zu übertragen. In einer bevorzugten Ausgestaltung können diese Steuersignale zur Ansteuerung von Schaltern innerhalb der Wandlermodule (beispielsweise deren Transistoren in der Wechselrichterstufe) genutzt werden. In diesem Fall sind die Steuersignale vorzugsweise pulsweitenmodulierte Signale. In an embodiment of the central control module, this can be designed to transmit control information in the form of analog or digital control signals to the converter modules. In a preferred embodiment, these control signals can be used to control switches within the converter modules (for example, their transistors in the inverter stage). In this case, the control signals are preferably pulse width modulated signals.

Insbesondere bei einer Leistungssteuerung der einzelnen Wandlermodule basierend auf Steuerinformationen, die von dem zentralen Steuermodul empfangen werden, ist es notwendig, dass das zentrale Steuermodul Informationen über die Anzahl der in dem Wechselrichtersystem vorhandenen Wandlermodulen erhält. Diese Informationen könnten bei Zusammensetzen der Module zu dem Wechselrichtersystem in dem zentralen Steuermodul einprogrammiert oder eingestellt werden. Denkbar wäre die Verwendung von Programm-Flags oder Schiebeschaltern. Da das zentrale Steuermodul dadurch keine Detektionsschaltung haben muss, kann das zentrale Steuermodul kostengünstiger hergestellt werden. In particular, in a power control of the individual converter modules based on control information received from the central control module, it is necessary that the central control module receives information about the number of converter modules present in the inverter system. This information could be found in assembling the modules to the inverter system in the central control module be programmed or set. It would be conceivable to use program flags or slide switches. Since the central control module does not have to have a detection circuit as a result, the central control module can be manufactured more cheaply.

Zur Flexibilisierung des Wechselrichtersystems ist das zentrale Steuermodul jedoch vorzugsweise dazu ausgebildet, die Anzahl der mit dem zentralen Steuermodul verbundenen Wandlermodule zu detektieren. Auf diese Weise können auch beim Kunden nachträglich Wandlermodule in das Wechselrichtersystem integriert werden, ohne dass am zentralen Steuermodul Einstellungen oder Programmierungen notwendig würden. Auch kann flexibel auf den Ausfall eines einzelnen Steuermoduls reagiert werden, indem bei Durchführung einer Leistungssteuerung die durch das Wechselrichtersystem bereitzustellende Leistung auf die verbleibenden Wandlermodule verteilt wird. Hierzu könnte das zentrale Steuermodul zusätzlich dazu ausgestaltet sein, Fehlerzustände der verbundenen Wandlermodule zu detektieren. However, in order to make the inverter system more flexible, the central control module is preferably designed to detect the number of converter modules connected to the central control module. In this way, converter modules can also be subsequently integrated into the inverter system at the customer without any need for settings or programming at the central control module. It is also possible to react flexibly to the failure of a single control module by distributing the power to be provided by the inverter system to the remaining converter modules when performing a power control. For this purpose, the central control module could additionally be designed to detect fault conditions of the connected converter modules.

Generell kann das zentrale Steuermodul über Möglichkeiten verfügen, den Zustand der angeschlossenen Wandlermodule zu bestimmen. Insbesondere beim Einsatz von digitalen Bussystemen zur Kommunikation zwischen dem zentralen Steuermodul und den Wandlermodulen können Statusinformationen über das Bussystem meist problemlos übertragen werden. Allerdings ist auch denkbar, dass Statusinformationen dedizierte Leitungen von dem Wandlermodul an das zentrale Steuermodul übermittelt werden. Das zentrale Steuermodul kann über eine geeignete Schnittstelle verfügen, mit der die Statusinformation an ein externes Überwachungsmodul oder Überwachungssystem ausgegeben werden kann. Vorzugsweise ist diese Schnittstelle durch potentialfreie Kontakte realisiert. Derartige Statusinformationen können beispielsweise den Normalbetrieb, Überspannung oder Unterspannung am Eingang, Überlastbetrieb oder Fehler innerhalb des Wechselrichtersystems umfassen und an das Überwachungsmodul bzw. -system übermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Statusinformationen durch Lichtsignale, beispielsweise über LEDs (lichtemittierende Dioden), signalisiert werden. Zusätzlich oder alternativ kann in dem zentralen Steuermodul ein nicht-flüchtiger Speicher vorgesehen sein, in den Statusinformationen, insbesondere über vom Normalbetrieb abweichende Zustände, abgespeichert werden. In general, the central control module can have options for determining the state of the connected converter modules. In particular, when using digital bus systems for communication between the central control module and the converter modules status information on the bus system can usually be easily transferred. However, it is also conceivable that status information dedicated lines are transmitted from the converter module to the central control module. The central control module can have a suitable interface with which the status information can be output to an external monitoring module or monitoring system. Preferably, this interface is realized by potential-free contacts. Such status information may include, for example, normal operation, overvoltage or under voltage at the input, overload operation, or faults within the inverter system and transmitted to the monitoring module or system. Alternatively or additionally, the status information can be signaled by light signals, for example via LEDs (light-emitting diodes). Additionally or alternatively, a non-volatile memory may be provided in the central control module, are stored in the status information, in particular on deviating from normal operation states.

Die einzelnen Wandlermodule können neben einem Steuereingang auch einen Steuerausgang aufweisen. In dieser Ausgestaltung würde das zentrale Steuermodul mit dem Steuereingang eines der Wandlermodule verbunden, wodurch dieses Wandlermodul zu einem Master-Wandlermodul wird. Dieses Wandlermodul kann beispielweise zur Erzeugung einer Zeitbasis für das Triggersignal genutzt werden. So kann beispielweise immer dann ein Triggersignal ausgegeben werden, beispielsweise durch einen kurzzeitigen Low-Pegel auf einer Steuerleitung, wenn die Spannung am Wandlerausgang des Master-Wandlermoduls eine definierte Spannung, beispielsweise 0 V, aufweist. Die verbleibenden Wandlermodule bzw. das verbleibende Wandlermodul kann quasi als Slaves mit dem Master-Wandlermodul verbunden werden. Diese Verbindung würde als Kaskade erfolgen, d.h. der Steuerausgang des Master-Wandlermoduls wäre mit dem Steuereingang des benachbart angeordneten Wandlermoduls verbunden, dessen Steuerausgang wiederum mit dem Steuereingang des benachbarten Wandlermoduls verbunden ist. Der Steuerausgang des „letzten“ Wandlermoduls würde offen bleiben oder – je nach Ausgestaltung der Verbindung – mit einem Terminator abgeschlossen. Durch diese Ausgestaltung kann die Verkabelung der einzelnen Module des Wechselrichtersystems recht einfach gehalten werden. Ferner können kurze Kommunikationskabel verwendet werden, die nicht den Luftstrom innerhalb des Wechselrichtersystems negativ beeinflussen. Ferner sind kurze Verbindungskabel mechanisch stabiler als lange Verbindungskabel. Je nach Ausgestaltung der Kommunikation zwischen zentralem Steuermodul und den Wandlermodulen können der Steuereingang und der Steuerausgang auch in einem einzelnen Steckverbinder integriert sein. Bei Bussystemen sind nicht einmal zwingend dedizierte Leitungen für Steuereingang und Steuerausgang notwendig. The individual converter modules can also have a control output in addition to a control input. In this embodiment, the central control module would be connected to the control input of one of the converter modules, whereby this converter module becomes a master converter module. This converter module can be used, for example, to generate a time base for the trigger signal. Thus, for example, a trigger signal can always be output, for example by a brief low level on a control line, when the voltage at the converter output of the master converter module has a defined voltage, for example 0 V. The remaining converter modules or the remaining converter module can be connected, as it were, as slaves to the master converter module. This connection would take place as a cascade, i. the control output of the master converter module would be connected to the control input of the adjacently arranged converter module whose control output is in turn connected to the control input of the adjacent converter module. The control output of the "last" converter module would remain open or - depending on the configuration of the connection - terminated with a terminator. With this configuration, the wiring of the individual modules of the inverter system can be kept fairly simple. Furthermore, short communication cables can be used which do not adversely affect the air flow within the inverter system. Furthermore, short connection cables are mechanically more stable than long connection cables. Depending on the configuration of the communication between the central control module and the converter modules, the control input and the control output can also be integrated in a single connector. In the case of bus systems, it is not even necessary to use dedicated lines for the control input and the control output.

In einer bevorzugten Ausführung des Wechselrichtersystems kann das zentrale Steuermodul als Steckmodul ausgebildet sein, das in einer zugehörigen Buchse an einen der Wandlermodule einsteckbar ist. Diese Buchse kann durch den Steuereingang des zugehörigen Wandlermoduls gebildet sein. Dieser Aufbau bietet insbesondere dann einen wesentlichen Vorteil, wenn die Wandlermodule als Kaskade untereinander verbunden sind. Das zentrale Steuermodul würde dann in das Master-Wandlermodul eingesteckt und die verbleibenden Wandlermodule würden wie zuvor beschrieben kaskadiert verbunden. In a preferred embodiment of the inverter system, the central control module can be designed as a plug-in module which can be inserted in an associated socket to one of the converter modules. This socket can be formed by the control input of the associated converter module. This structure offers a significant advantage in particular when the converter modules are connected to one another as a cascade. The central control module would then be plugged into the master converter module and the remaining converter modules would be cascaded as described above.

In einer anderen Ausgestaltung könnte das zentrale Steuermodul über separate Leitungen jeweils mit den Wandlermodulen verbunden sein. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass der Ausfall oder das Heraustrennen eines einzelnen Wandlermoduls die Kommunikation zwischen dem zentralen Steuermodul und den Wandlermodulen unterbricht. Zur Vermeidung besonders langer Kommunikationskabel, könnte das zentrale Steuermodul in länglicher Form ausgebildet sein und die Wandlermodule an der Längsseite des zentralen Steuermoduls angeordnet sein. Auf diese Weise können die Verbindungskabel vergleichsweise kurz gehalten werden. In another embodiment, the central control module could be connected via separate lines in each case with the converter modules. In this way, the failure or disconnection of a single converter module can be prevented from interrupting the communication between the central control module and the converter modules. To avoid particularly long communication cable, the central control module could be formed in an elongated shape and arranged the converter modules on the longitudinal side of the central control module be. In this way, the connection cables can be kept comparatively short.

Vorzugsweise ist das gesamte Wechselrichtersystem in einem Gehäuse angeordnet. Dieses Gehäuse kann einen oder mehrere Kühlkörper aufweisen, der/die an der Außenseite des Gehäuses ausgebildet oder dort angeordnet ist/sind. Der Kühlkörper bzw. die Kühlkörper würden die Abwärme von Komponenten des Wechselrichtersystems, insbesondere die Abwärme der Transistoren der Wandlermodule, abführen. Die Wandlermodule, das Gehäuse und gegebenenfalls weitere Komponenten könnten dann mechanisch derart aufeinander abgestimmt sein, dass bei Befestigen der Wandlermodule bzw. der weiteren Komponenten in dem Gehäuse die Abwärme erzeugenden Komponenten thermisch mit dem Kühlkörper verbunden sind. Eventuell kann das Einbringen von Wärmeleitpaste notwendig sein. Auf diese Weise lässt sich ein besonders flexibler Wechselrichteraufbau realisieren. Preferably, the entire inverter system is arranged in a housing. This housing may include one or more heat sinks formed on or disposed on the outside of the housing. The heat sink or the heat sink would dissipate the waste heat of components of the inverter system, in particular the waste heat of the transistors of the converter modules. The converter modules, the housing and optionally further components could then be mechanically matched to one another in such a way that, when the converter modules or the further components in the housing are fastened, the components producing the waste heat are thermally connected to the heat sink. Possibly, the introduction of thermal grease may be necessary. In this way, a particularly flexible inverter design can be realized.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Wechselrichtersystems ist die Eingangsspannung eine Gleichspannung. Bevorzugte Eingangsspannungen liegen bei 24 V, 36 V, 72 V oder 110 V. Die durch das Wechselrichtersystem ausgegebene Wechselspannung ist vorzugsweise eine sinusförmige Wechselspannung bzw. eine Wechselspannung mit annähernd sinusförmigem Verlauf, deren Frequenz bei 50 Hz oder 60 Hz liegt. Bevorzugte Effektivwerte der ausgegebenen Wechselspannung sind 120 V oder 240 V. Das Wechselrichtersystem ist also bevorzugt zur Ausgabe von Niederspannung ausgebildet. Bei einer dreiphasigen Ausgangsspannung könnte der Effektivwert der Wechselspannung Phase gegen Phase 210 V oder 400 V betragen. In a particularly preferred embodiment of the inverter system, the input voltage is a DC voltage. Preferred input voltages are 24 V, 36 V, 72 V or 110 V. The AC voltage output by the inverter system is preferably a sinusoidal AC voltage or an AC voltage with approximately sinusoidal waveform whose frequency is 50 Hz or 60 Hz. Preferred rms values of the output AC voltage are 120 V or 240 V. The inverter system is therefore preferably designed for the output of low voltage. For a three-phase output voltage, the rms value of the AC phase-to-phase voltage could be 210V or 400V.

Vorzugsweise weisen die Wandlermodule „standardisierte“ Nennleistungen auf. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist diese standardisierte Nennleistung 750 W und es werden bis zu vier der Wandlermodule parallel geschaltet, wodurch Wechselrichtersysteme mit einer Gesamtausgangsleistung von bis zu 3 kW entstehen. Es sei aber darauf hingewiesen, dass das Wechselrichtersystem prinzipiell auch mehr als vier Wandlermodule aufweisen kann und dass die Nennleistung eines Wandlermoduls höher dimensioniert sein kann. Dadurch lassen sich höhere Gesamtausgangsleistungen erreichen. Derzeit sind Gesamtausgangsleistungen von bis zu 20 kW angedacht. Preferably, the converter modules have "standardized" rated powers. In a preferred embodiment, this standardized rated power is 750 W and up to four of the converter modules are connected in parallel, resulting in inverter systems with a total output power of up to 3 kW. It should be noted, however, that the inverter system can in principle also have more than four converter modules and that the rated power of a converter module can be higher-dimensioned. As a result, higher total output achievements can be achieved. Currently, total output capacities of up to 20 kW are planned.

Das Wechselrichtersystem umfasst – neben den Wandlermodulen und dem zentralen Steuermodul – vorzugsweise noch eine Eingangsfilterschaltung, eine Ausgangsfilterschaltung und/oder eine oder mehrere Schutzschaltungen. Die Eingangsfilterschaltung dient dem Herausfiltern von Störungen, die der Eingangsspannung überlagert sind. Gleichzeitig dient die Eingangsfilterschaltung dazu, die Rückwirkungen des Wechselrichtersystems auf die Eingangsspannung zu reduzieren. So kann die Eingangsfilterschaltung die durch die Zerhackerschaltung entstehenden hochfrequenten Störungen herausfiltern. Eine Ausgangsfilterschaltung würde dem Glätten der durch das Wechselrichtersystem ausgegeben Wechselspannung dienen. Da die üblichen Wechselrichtersysteme lediglich Rechteckspannungen genau einstellen können und andere Signalformen angenähert werden müssen, sind die das Wechselrichtersystem verlassenden Wechselspannungen mit Oberschwingungen behaftet. Diese könnten durch die Ausgangsfilterschaltung herausgefiltert werden. Die in dem Wechselrichtersystem eventuell vorhandene Schutzschaltung könnte einen Schutz gegen Überlastung (zu hohe Ausgangsströme) und/oder Überspannung, Unterspannung und/oder Verpolung der Eingangsspannung bieten. Entsprechende Schutz- und Filterschaltungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. The inverter system preferably comprises - in addition to the converter modules and the central control module - also an input filter circuit, an output filter circuit and / or one or more protection circuits. The input filter circuit is for filtering out noise superimposed on the input voltage. At the same time, the input filter circuit serves to reduce the feedback of the inverter system to the input voltage. Thus, the input filter circuit can filter out the high-frequency noise produced by the chopper circuit. An output filter circuit would serve to smooth the AC voltage output by the inverter system. Since the usual inverter systems can set only square-wave voltages accurately and other waveforms must be approximated, leaving the inverter system AC voltages are subject to harmonics. These could be filtered out by the output filter circuit. The protection circuit possibly present in the inverter system could provide protection against overload (too high output currents) and / or overvoltage, undervoltage and / or reverse polarity of the input voltage. Corresponding protection and filter circuits are known from the prior art.

Die Schutz- und/oder Filterschaltungen könnten in dem Wechselrichtersystem lediglich einfach vorhanden sein. In diesem Fall würde die Eingangsspannung, die am Systemeingang des Wechselrichtersystems in das Wechselrichtersystem eingespeist wird, zunächst über eine Eingangsfilterschaltung und/oder die Schutzschaltung/en geleitet und danach auf die einzelnen Wandlermodule gegebene werden. Entsprechend kann auch die Ausgangsfilterschaltung für alle in dem Wechselrichtersystem vorhandenen Wandlermodule gemeinsam vorgesehen sein. Bei Versorgen des Wechselrichtersystems durch mehrere Eingangsspannungen können für jede Eingangsspannung eine getrennte Eingangsfilterschaltungen und/oder Schutzschaltung vorgesehen sein. The protection and / or filter circuits could simply be present in the inverter system. In this case, the input voltage that is fed into the inverter system at the system input of the inverter system would first be passed through an input filter circuit and / or the protection circuit (s) and then applied to the individual converter modules. Accordingly, the output filter circuit may be provided in common for all existing in the inverter system converter modules. When supplying the inverter system with multiple input voltages, separate input filter circuits and / or protection circuitry may be provided for each input voltage.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist jedes Wandlermodul innerhalb des Wechselrichtersystems eine eigene Eingangsfilterschaltung, eine eigene Ausgangsfilterschaltung und eigene Schutzschaltungen auf. Auf diese Weise wird das Wechselrichtersystem noch flexibler, da die Filter- und Schutzschaltungen nicht auf die maximale Anzahl möglicher Wandlermodule ausgelegt sein müssen, sondern flexibel mit der Größe des Wechselrichtersystems „mitwachsen“. According to a preferred refinement, each converter module within the inverter system has its own input filter circuit, its own output filter circuit and its own protective circuits. In this way, the inverter system is even more flexible, since the filter and protection circuits must not be designed for the maximum number of possible converter modules, but flexible with the size of the inverter system "grow".

Zur flexiblen Steuerung der Wandlermodule und/oder des Wechselrichtersystems kann ein Aktivierungeingang vorgesehen sein, über den Wandlermodule und/oder das gesamte Wechselrichtersystem aktiviert oder deaktiviert werden kann. Auf diese Weise kann beispielsweise durch ein Überwachungsmodul oder Überwachungssystem flexibel Einfluss auf das Erzeugen der Wechselspannung am Systemausgang des Wechselrichtersystems genommen werden. For flexible control of the converter modules and / or the inverter system, an activation input can be provided, can be activated or deactivated via the converter modules and / or the entire inverter system. In this way, for example by a monitoring module or monitoring system flexible influence on the generation of the AC voltage can be taken at the system output of the inverter system.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Anspruch 1 bzw. 19 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen: There are now various possibilities for designing and developing the teaching of the present invention in an advantageous manner. For this purpose, on the one hand to the claims 1 and 19 subordinate claims and on the other hand to refer to the following explanation of preferred embodiments of the invention with reference to the drawings. In conjunction with the explanation of the preferred embodiments of the invention with reference to the drawings, also generally preferred embodiments and developments of the teaching are explained. In the drawing show:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wechselrichtersystems mit einem in eines der Wechselrichtermodule eingesteckten zentralen Steuermodul, 1 A first embodiment of the inverter system according to the invention with a plugged into one of the inverter modules central control module,

2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wechselrichtersystems mit einem zentralen Steuermodul, das über separate Leitungen mit den Wandlermodulen verbunden ist, 2 A second embodiment of the inverter system according to the invention with a central control module which is connected via separate lines to the converter modules,

3 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wechselrichtersystem mit einem zentralen Steuermodul, das außerhalb des Gehäuses für die Wandlermodule angeordnet ist, 3 A third embodiment of the inverter system according to the invention with a central control module which is arranged outside the housing for the converter modules,

4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wandlermoduls mit einem zentralen Steuermodul, 4 An embodiment of a converter module according to the invention with a central control module,

5 ein beispielhafter Aufbau eines erfindungsgemäßen Wechselrichtersystems mit vier Wandlermodulen, die als Kaskade mit einem zentralen Steuermodul verbunden sind, 5 an exemplary structure of an inverter system according to the invention with four converter modules, which are connected in a cascade with a central control module,

6 ein beispielhafter Aufbau eines erfindungsgemäßen Wechselrichtersystems mit vier Wandlermodulen, die mit jeweils separaten Eingangsspannungen versorgt sind, 6 an exemplary structure of an inverter system according to the invention with four converter modules, which are each supplied with separate input voltages,

7 eine beispielhafte Ausgestaltung eines Gehäuses zur Aufnahme eines erfindungsgemäßen Wechselrichtersystems mit zwei Wandlermodulen und 7 an exemplary embodiment of a housing for receiving an inverter system according to the invention with two converter modules and

8 eine andere beispielhafte Ausgestaltung eines Gehäuses zur Aufnahme eines erfindungsgemäßen Wechselrichtersystems mit vier Wandlermodulen. 8th another exemplary embodiment of a housing for receiving an inverter system according to the invention with four converter modules.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wechselrichtersystems 1. Das Wechselrichtersystem weist n Wandlermodule 2.1, 2.2, ..., 2.n auf. In jedes der einzelnen Wandlermodule wird eine Eingangsspannung UIN eingegeben, aus der die einzelnen Wandlermodule eine Wechselspannung erzeugen und am Wandlerausgang ausgeben. Die einzelnen, durch die Wandlermodule ausgegebenen Wechselspannungen weisen die Effektivwerte U1, U2, ..., Un sowie relative Phasenlagen φ1, φ2, ..., φn auf. Wenn eine einphasige Ausgangsspannung erzeugt werden soll, gilt U1 = U2 = ... = Un und φ1 = φ2 = ... = φn = 0. Bei Ausgabe einer dreiphasigen Ausgangsspannung ist n = 3 und die Ausgangsspannungen U1 = U2 = U3. Die Phasen sind um 120° gegeneinander versetzt, sodass gilt φ1 = 0, φ2 = 120° und φ3 = 240°. 1 shows a first embodiment of an inverter system according to the invention 1 , The inverter system has n converter modules 2.1 . 2.2 , ..., 2.n on. In each of the individual converter modules, an input voltage U IN is input, from which the individual converter modules generate an AC voltage and output at the converter output. The individual AC voltages output by the converter modules have the effective values U 1 , U 2 ,..., U n as well as relative phase angles φ 1 , φ 2 ,..., Φ n . If a single-phase output voltage is to be generated, then U 1 = U 2 = ... = U n and φ 1 = φ 2 = ... = φ n = 0. When a three-phase output voltage is output, n = 3 and the output voltages U 1 = U 2 = U 3 . The phases are offset by 120 °, so that φ 1 = 0, φ 2 = 120 ° and φ 3 = 240 °.

Das Wechselrichtersystem 1 weist zudem ein zentrales Steuermodul 3 auf, das in dem Ausführungsbeispiel nach 1 als Steckmodul ausgebildet ist und in einem der Wandlermodule, in dem dargestellten Fall in Wandlermodul 2.1, eingesteckt ist. Das Wandlermodul 2.1 wird dadurch zu einem Master-Wandlermodul, von dem aus die verbleibenden Wandlermodule 2.2, ..., 2.n gesteuert werden. Die Wirkrichtung der Steuerung sind als gestrichelte Pfeile in 1 eingezeichnet. Vorzugsweise sind die einzelnen Wandlermodule kaskadiert untereinander und mit dem zentralen Steuermodul verbunden. The inverter system 1 also has a central control module 3 on, in the embodiment according to 1 is designed as a plug-in module and in one of the converter modules, in the case shown in the converter module 2.1 , is plugged. The converter module 2.1 thereby becomes a master converter module, from which the remaining converter modules 2.2 , ..., 2.n to be controlled. The effective direction of the control are shown as dashed arrows in 1 located. Preferably, the individual converter modules are cascaded with each other and connected to the central control module.

Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in 2 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Wechselrichtersystem 1 wiederrum n verschiedene Wandlermodule 2.1, 2.2, ..., 2.n, die jeweils mit einer Eingangsspannung UIN beaufschlagt sind. Der Übersichtlichkeit wegen ist der Pfeil mit der Eingangsspannung in der 2 nicht eingezeichnet. Jedes Wandlermodul erzeugt wiederum eine Ausgangsspannung mit definierter relativer Phasenlage. Das zentrale Steuermodul 3 ist in dieser Ausgestaltung über separate Leitungen mit jedem der einzelnen Wandlermodule verbunden. Die Wirkrichtung der Steuerung ist als gestrichelte Pfeile eingezeichnet. A second embodiment is in 2 shown. In this embodiment, the inverter system includes 1 in turn n different converter modules 2.1 . 2.2 , ..., 2.n , which are each subjected to an input voltage U IN . For the sake of clarity, the arrow is with the input voltage in the 2 not shown. Each converter module in turn generates an output voltage with a defined relative phase position. The central control module 3 is connected in this embodiment via separate lines with each of the individual converter modules. The direction of action of the controller is shown as dashed arrows.

Ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wechselrichtersystems ist in 3 dargestellt. Das Wechselrichtersystem nach 3 unterscheidet sich von dem Wechselrichtersystem nach 2 im Wesentlichen dadurch, dass die einzelnen Wandlermodule 2.1, 2.2, ..., 2.n in einem gemeinsamen Gehäuse 4 angeordnet sind, während das ebenfalls zu dem Wechselrichtersystem 1 gehörende zentrale Steuermodul 3 außerhalb dieses Gehäuses 4 angeordnet ist. Beispielhaft sind auch hier einzelne Leitungen zu den einzelnen Wandlermodulen 2.1, 2.2, ..., 2.n eingezeichnet. Prinzipiell wäre allerdings auch denkbar, dass ein kaskadierter Verbindungsaufbau verwendet wird. A third embodiment of an inverter system according to the invention is in 3 shown. The inverter system after 3 differs from the inverter system 2 essentially in that the individual converter modules 2.1 . 2.2 , ..., 2.n in a common housing 4 while that is also to the inverter system 1 belonging central control module 3 outside of this case 4 is arranged. Exemplary here are individual lines to the individual converter modules 2.1 . 2.2 , ..., 2.n located. In principle, however, it would also be conceivable that a cascaded connection setup is used.

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wandlermoduls zum Aufbau eines erfindungsgemäßen Wechselrichtersystems. In das Wandlermodul 2 wird die Eingangsspannung UIN eingegeben, aus der das Wandlermodul 2 eine Wechselspannung UOUT erzeugt und am Wandlerausgang ausgibt. Die Eingangsspannung UIN wird zunächst auf eine Eingangsfilterschaltung 5 und danach auf eine Schutzschaltung 6 gegeben. Unter dem Block der Schutzhaltung 6 seien eine Überlastschutzschaltung, eine Über- und Unterspannungsschutzschaltung sowie eine Verpolungsschutzschaltung zusammengefasst. Die am Ausgang der Schutzschaltung 6 anliegende Spannung wird auf den eigentlichen Wechselrichter 7 gegeben, der aus der Eingangsspannung die Wechselspannung erzeugt. Wenn die Eingangsspannung UIN eine Gleichspannung ist, ist der Wechselrichter 7 ein DC/AC-Konverter. Derartige Wechselrichter sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. 4 shows an embodiment of a converter module according to the invention for constructing an inverter system according to the invention. In the converter module 2 the input voltage U IN is input, from which the converter module 2 generates an AC voltage U OUT and outputs at the converter output. The input voltage U IN is first applied to an input filter circuit 5 and after that a protection circuit 6 given. Under the block of protection posture 6 be summarized an overload protection circuit, an over and undervoltage protection circuit and a reverse polarity protection circuit. The at the output of the protection circuit 6 applied voltage is applied to the actual inverter 7 given, which generates the AC voltage from the input voltage. When the input voltage U IN is a DC voltage, the inverter is 7 a DC / AC converter. Such inverters are well known in the art.

Wechselrichter verändern zunächst meist das Eingangsspannungsniveau und erzeugen aus der erhöhten oder reduzierten Spannung die eigentliche Wechselspannung. Hierzu kann der Wechselrichter zunächst aus einem DC/DC-Wandler, meist einem vollresonanten DC/DC-Wandler, bestehen, dessen Ausgangsspannung auf einen Umrichter geschaltet wird. Der DC/DC-Wandler besteht meist aus einer primärseitigen Schaltung und einer sekundärseitigen Schaltung, die untereinander mit einem Übertrager oder einem Transformator verbunden sind. Die primärseitige Schaltung des DC/DC-Wandlers umfasst eine Zerhackerschaltung, mit der aus der eingangsseitigen Gleichspannung eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt wird. Diese hochfrequente Wechselspannung wird auf den Übertrager oder Transformator gegeben, dessen Sekundärseite mit der sekundärseitige Schaltung des DC/DC-Wandlers verbunden ist. Die sekundärseitige Schaltung erzeugt aus der hochfrequenten Wechselspannung wieder eine Gleichspannung. Inverters usually first change the input voltage level and generate the actual AC voltage from the increased or reduced voltage. For this purpose, the inverter may initially consist of a DC / DC converter, usually a fully resonant DC / DC converter, whose output voltage is switched to a converter. The DC / DC converter usually consists of a primary-side circuit and a secondary-side circuit, which are interconnected with a transformer or a transformer. The primary-side circuit of the DC / DC converter comprises a chopper circuit with which a high-frequency AC voltage is generated from the input-side DC voltage. This high-frequency AC voltage is applied to the transformer or transformer whose secondary side is connected to the secondary-side circuit of the DC / DC converter. The secondary-side circuit again generates a DC voltage from the high-frequency AC voltage.

Die Erzeugung der Wechselspannung aus der Eingangsspannung ist in dem Ausführungsbeispielen nach 4 durch ein lokales Steuermodul 8 gesteuert. Das lokale Steuermodul 8 kann beispielsweise ein pulsweitenmodulierte Steuersignal zur Ansteuerung der Transistoren des Umrichters erzeugen und ausgeben. Durch dieses Steuersignal kann das lokale Steuermodul die Ausgangsspannung, deren Phasenlage, die auszugebende Leistung und weitere Faktoren des Wandlermoduls steuern. Zusätzlich kann das lokale Steuermodul 8 zur Steuerung weiterer Funktionen, beispielsweise zur Aktivierung des Wandlermoduls basierend auf ein an einem Aktivierungseingang anliegenden Aktivierungssignal, ausgebildet sein. Das lokale Steuermodul 8 ist mit dem zentralen Steuermodul 3 verbunden, das an das lokale Steuermodul 8 Steuerinformationen überträgt, vorzugsweise Sollwerte für die Erzeugung der auszugebenden Wechselspannung. The generation of the AC voltage from the input voltage is in the embodiments according to 4 through a local control module 8th controlled. The local control module 8th For example, generate and output a pulse width modulated control signal to drive the transistors of the inverter. By means of this control signal, the local control module can control the output voltage, its phase position, the output power and other factors of the converter module. In addition, the local control module 8th for controlling further functions, for example for activating the converter module based on an activation signal applied to an activation input. The local control module 8th is with the central control module 3 connected to the local control module 8th Control information transmits, preferably setpoints for the generation of the alternating voltage to be output.

Die am Ausgang des Wechselrichters 7 anliegende Spannung ist auf eine Ausgangsfilterschaltung 9 geschaltet, die hochfrequente Anteile der Wechselspannung herausfiltert. Im Anschluss daran wird mittels einer Spannungsmesseinrichtung 10 die Spannung der durch den Wechselrichter 7 erzeugten Wechselspannung gemessen. Hierzu kann beispielsweise der Effektivwert oder der Scheitelwert der Wechselspannung bestimmt werden. Die Messwerte, die durch die Spannungsmesseinrichtung 10 bestimmt werden, werden an das lokale Steuermodul 8 übergeben, das basierend auf den gemessenen Spannungswerte den Wechselrichter 7 derart regelt, dass die von dem zentralen Steuermodul 3 vorgegebenen Sollwerte eingehalten werden. Ergänzend kann das Wandlermodul 2 noch einen Spannungswandler enthalten, der aus der Eingangsspannung eine Versorgungsspannung für die einzelnen aktiven Komponenten des Wandlermoduls erzeugt. The at the output of the inverter 7 applied voltage is on an output filter circuit 9 switched, the high-frequency components of the AC voltage filters out. Subsequently, by means of a voltage measuring device 10 the voltage of the inverter 7 generated AC voltage measured. For this purpose, for example, the rms value or the peak value of the alternating voltage can be determined. The measured values obtained by the voltage measuring device 10 be determined are sent to the local control module 8th based on the measured voltage values of the inverter 7 such controls that of the central control module 3 specified setpoints are met. In addition, the converter module 2 still contain a voltage converter which generates from the input voltage a supply voltage for the individual active components of the converter module.

5 zeigt einen beispielhaften Aufbau eines erfindungsgemäßen Wechselrichtersystems zur Erzeugung und Ausgabe einer einphasigen Wechselspannung UOUT aus einer Ausgangsspannung UIN. Das Wechselrichtersystem 1 umfasst hierzu vier Wandlermodule 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4. Jedes Wandlermodul umfasst einen Wandlereingang 11, einen Wandlerausgang 12, einen Steuereingang 13 und einen Steuerausgang 14. Die Wandlereingänge 11.1, 11.2, 11.3 und 11.4 der einzelnen Wandlermodule 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4 sind parallel geschaltet und dadurch jeweils mit der Eingangsspannung UIN beaufschlagt. Jedes Wandlermodul 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4 erzeugt aus der am Wandlereingang 11.1, 11.2, 11.3 und 11.4 anliegenden Eingangsspannung UIN eine Wechselspannung UOUT und gibt diese am Wandlerausgang 12.1, 12.2, 12.3 und 12.4 aus. Die Wandlerausgänge 12.1, 12.2, 12.3 und 12.4 der einzelnen Wandlermodule 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4 sind parallel geschaltet und sind gemeinsam mit dem Ausgang des Wechselrichtersystems verbunden. 5 shows an exemplary structure of an inverter system according to the invention for generating and outputting a single-phase AC voltage U OUT from an output voltage U IN . The inverter system 1 includes four converter modules 2.1 . 2.2 . 2.3 and 2.4 , Each converter module includes a converter input 11 , a converter output 12 , a control input 13 and a control output 14 , The converter inputs 11.1 . 11.2 . 11.3 and 11.4 the individual converter modules 2.1 . 2.2 . 2.3 and 2.4 are connected in parallel and thereby acted upon in each case with the input voltage U IN . Each converter module 2.1 . 2.2 . 2.3 and 2.4 generated from the at the converter input 11.1 . 11.2 . 11.3 and 11.4 applied input voltage U IN an AC voltage U OUT and outputs this at the converter output 12.1 . 12.2 . 12.3 and 12.4 out. The converter outputs 12.1 . 12.2 . 12.3 and 12.4 the individual converter modules 2.1 . 2.2 . 2.3 and 2.4 are connected in parallel and are connected together to the output of the inverter system.

Der Steuereingang 13.1 des Wandlermoduls 2.1 ist mit einem zentralen Steuermodul 3 verbunden, wodurch das Wandlermodul 2.1 zu einem Master-Wandlermodul wird. Der Steuerausgang 14.1 des Wandlermoduls 2.1 ist mit dem Steuereingang 13.2 des Wandlermoduls 2.2 verbunden. Der Steuerausgang 14.2 des Wandlermoduls 2.2 ist wiederum mit dem Steuereingang 13.3 des Wandlermoduls 2.3 verbunden. Der Steuerausgang 14.3 des Wandlermoduls 2.3 ist mit dem Steuereingang 13.4 des Wandlermoduls 2.4 verbunden. Der Steuerausgang 14.4 des Wandlermoduls 2.4 bleibt offen. Dadurch bilden die Wandlermodule 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4 eine Kaskade. Eine von dem zentralen Steuermodul 3 ausgesendete Steuerinformation wird von Wandlermodul zu Wandlermodul weitergeleitet. Je nach Ausgestaltung der Kommunikation zwischen dem Wandlermodul 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4 und dem zentralen Steuermodul 3 kann eine Weiterleitung der Steuerinformation pauschal erfolgen oder lediglich dann, wenn die Steuerinformation nicht für das Wandlermodul bestimmt ist, das die Steuerinformation an dessen Steuereingang empfängt. Erzeugt das zentrale Steuermodul 3 beispielswiese eine Steuerinformation für Wandlermodul 2.3, so könnte die Steuerinformation an Wandlermodul 2.1 weitergeleitet werden, das die Steuerinformation am Steuerausgang 14.1 weiterreicht und die Steuerinformation damit über Wandlermodul 2.2 an Wandlermodul 2.3 und an Wandlermodul 2.4 weitergeleitet wird. Dasjenige Wandlermodul, an das die Steuerinformation adressiert ist, verarbeitet die Steuerinformation weiter. In einer anderen Ausgestaltung würde das Wandlermodul 2.3 bei Erkennen, dass die Steuerinformation für es bestimmt ist, die Steuerinformation nicht mehr an dem Steuerausgang 14.4 bereitstellen, sodass das Wandlermodul 2.4 die Steuerinformation nicht erhalten würde. The control input 13.1 of the converter module 2.1 is with a central control module 3 connected, causing the converter module 2.1 becomes a master converter module. The control output 14.1 of the converter module 2.1 is with the control input 13.2 of the converter module 2.2 connected. The control output 14.2 of the converter module 2.2 is in turn with the control input 13.3 of the converter module 2.3 connected. The control output 14.3 of the converter module 2.3 is with the control input 13.4 of the converter module 2.4 connected. The control output 14.4 of the converter module 2.4 stays open. This will form the converter modules 2.1 . 2.2 . 2.3 and 2.4 a cascade. One from the central control module 3 transmitted control information is forwarded from converter module to converter module. Depending on the configuration of the communication between the converter module 2.1 . 2.2 . 2.3 and 2.4 and the central control module 3 a forwarding of the control information can be carried out in a flat rate or only if the control information is not intended for the converter module that receives the control information at its control input. Creates the central control module 3 For example, a control information for converter module 2.3 so could the control information to converter module 2.1 be forwarded, the control information at the control output 14.1 passes on and the control information thus via converter module 2.2 to converter module 2.3 and to converter module 2.4 is forwarded. The converter module to which the control information is addressed further processes the control information. In another embodiment, the converter module 2.3 upon detecting that the control information is intended for it, the control information is no longer at the control output 14.4 provide so that the converter module 2.4 the control information would not be received.

6 zeigt einen anderen beispielhaften Aufbau eines erfindungsgemäßen Wechselrichtersystems, das dem Wechselrichtersystem nach 5 ähnelt. Das Wechselrichtersystem 1 umfasst wieder vier Wandlermodule 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4, die jeweils einen Wandlereingang 11.1, 11.2, 11.3 und 11.4, einen Wandlerausgang 12.1, 12.2, 12.3 und 12.4 sowie einen Steuereingang 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 aufweisen. In dieser Ausgestaltung weisen die Wandlermodule keinen Steuerausgang auf. An den Wandlereingängen 11.1, 11.2, 11.3 und 11.4 liegt jeweils eine Eingangsspannung UIN1, UIN2, UIN3 und UIN4 an, die beispielsweise jeweils durch eine Gleichspannungsquelle mit einem Spannungsniveau von 72 V gebildet sind. Aus der jeweils anliegenden Eingangsspannung erzeugt jedes Wandlermodul die Ausgangsspannung UOUT und gibt diese am jeweiligen Wandlerausgang 12.1, 12.2, 12.3 und 12.4 aus. Der Wandlereingang eines jeden Wandlermoduls ist mit einer Busleitung verbunden, deren eines Ende an einem Kommunikationsport 18 eines zentralen Steuermoduls 3 angeschlossen ist. Auch wenn die Busleitung durch eine Linie dargestellt ist, so dürfte die Busleitung in den meisten Fällen mehradrig sein. Jedes Wandlermodul erzeugt zusätzlich zu der Ausgangsspannung UOUT eine Hilfsspannung UV, die jeweils über eine Diode an einem Hilfsspannungseingang 19 des zentralen Steuermoduls anliegt. Der Hilfsspannungseingang 19 kann derart ausgestaltet sein, dass immer nur eine Eingangsleitung aktiv ist, während die anderen Eingangsleitungen deaktiviert sind. Wenn der aktive Eingang spannungsfrei wird, kann automatisch ein anderer Eingang die Versorgung übernehmen. 6 shows another exemplary construction of an inverter system according to the invention, the inverter system after 5 similar. The inverter system 1 again includes four converter modules 2.1 . 2.2 . 2.3 and 2.4 , each with a converter input 11.1 . 11.2 . 11.3 and 11.4 , a converter output 12.1 . 12.2 . 12.3 and 12.4 as well as a control input 13.1 . 13.2 . 13.3 and 13.4 exhibit. In this embodiment, the converter modules have no control output. At the converter entrances 11.1 . 11.2 . 11.3 and 11.4 is in each case an input voltage U IN1 , U IN2 , U IN3 and U IN4 , which are each formed for example by a DC voltage source with a voltage level of 72 V. From each applied input voltage each converter module generates the output voltage U OUT and outputs this at the respective converter output 12.1 . 12.2 . 12.3 and 12.4 out. The converter input of each converter module is connected to a bus line, one end of which is connected to a communication port 18 a central control module 3 connected. Even if the bus line is represented by a line, the bus line should be multicore in most cases. Each converter module generates in addition to the output voltage U OUT an auxiliary voltage U V , each via a diode at an auxiliary voltage input 19 of the central control module is applied. The auxiliary voltage input 19 may be configured such that only one input line is active while the other input lines are deactivated. If the active input is de-energized, another input can automatically take over the supply.

Das Wechselrichtersystem nach 6 ist damit derart ausgebildet, dass bei Ausfall einer Eingangsspannung und/oder bei Ausfall eines Wandlermoduls die Ausgangsspannung weiterhin erzeugt wird. Sowohl die Kommunikation als auch die Spannungsversorgung des zentralen Steuermoduls werden durch einen Ausfall nicht beeinträchtigt. Bei der Dimensionierung des Wechselrichtersystems würde dieses auf die maximal vorzusehende Redundanz ausgelegt. Wenn beispielsweise jedes der vier Wandlermodule 750 W Ausgangsleistung aufweisen würde und eine Redundanz von 2 gewünscht ist, würde das Wechselrichtersystem eine Ausgangsleitung von 1500 W aufweisen. Damit könnten 2 beliebige Wandlermodule bzw. deren Eingangsspannungen ausfallen, ohne dass die vorgesehene Ausgangsleistung gefährdet würde. The inverter system after 6 is thus designed such that in case of failure of an input voltage and / or failure of a converter module, the output voltage is generated further. Both the communication and the power supply of the central control module are not affected by a failure. When dimensioning the inverter system, this would be designed for the maximum redundancy to be provided. For example, if each of the four converter modules had 750 W output power and a redundancy of 2 is desired, the inverter system would have an output line of 1500W. This could be 2 any converter modules or their input voltages fail, without the intended output power would be compromised.

7 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung eines Gehäuses 4, in dem ein erfindungsgemäßes Wechselrichtersystem eingebaut sein kann. Innerhalb des Gehäuses sind in Längsrichtung von links nach rechts ein zentrales Steuermodul sowie zwei Wandlermodule angeordnet. Das Gehäuse 4 weist in der Darstellung der 6 am unteren Ende Befestigungsfahnen auf, mit denen das Gehäuse beispielsweise in den Schaltschrank eines Waggons geschraubt werden kann. An der unteren Seite ist ein Kühlkörper 15 zu erkennen, über den insbesondere die Abwärme der Wandlermodule gewährleistet werden kann. Die Abwärme erzeugenden Komponenten der Wandlermodule und eventuell der weiteren Module des Wechselrichtersystems (wie Steuermodul, Eingangsfilterschaltung, Ausgangsfilterschaltung, Überspannungs- und Unterspannungsschutzschaltung) sind thermisch mit dem Kühlkörper 15 verbunden. Das Wechselrichtersystem ist über einen Systemeingang 16 mit einer nicht eingezeichneten Eingangsspannungsquelle verbunden. Der Ausgang 17 ist an der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 4 angeordnet. Das Wechselrichtersystem erzeugt aus der am Systemeingang 16 anliegenden Eingangsspannung eine Wechselspannung, die am Ausgang 17 ausgegeben wird. 7 shows an exemplary embodiment of a housing 4 in which an inventive inverter system can be installed. Within the housing, a central control module and two converter modules are arranged in the longitudinal direction from left to right. The housing 4 indicates in the representation of 6 at the bottom of mounting lugs, with which the housing can be screwed, for example, in the cabinet of a wagon. At the bottom is a heat sink 15 to recognize, in particular the waste heat of the converter modules can be guaranteed. The waste heat generating components of the converter modules and possibly the other modules of the inverter system (such as control module, input filter circuit, output filter circuit, overvoltage and undervoltage protection circuit) are thermally connected to the heat sink 15 connected. The inverter system is via a system input 16 connected to a not shown input voltage source. The exit 17 is on the opposite side of the case 4 arranged. The inverter system generates from the at the system input 16 applied input voltage is an AC voltage at the output 17 is issued.

8 zeigt eine weitere beispielhafte Ausgestaltung eines Gehäuses 4 zur Aufnahme eines Wechselrichtersystems. Wie zu erkennen ist, ist das dargestellte Gehäuse 4 breiter als der Gehäuse aus 6. In der beispielhaften Ausgestaltung können vier Wandlermodule aufgenommen werden. In Längsrichtung des Gehäuses 4 sind von links nach rechts nebeneinander das Steuermodul sowie bis zu vier Wandlermodule angeordnet. Durch die Modularität des erfindungsgemäßen Wechselrichtersystems ist es ohne Weiteres möglich, das Gehäuse zur Aufnahme der während der Lebensdauer des Wechselrichtersystems maximal zu erwartenden Leistungsabgabe zu dimensionieren, innerhalb des Gehäuses aber nur die aktuell notwendigen Wandlermodule zu verbauen. Sollten die aktuell verbauten Wandlermodule zur Abgabe der geforderten Leistung nicht mehr ausreichen, können bis zum Erreichen der Gehäusegrenze weitere Wandlermodule eingebaut werden. Selbst wenn das Gehäuse nicht mehr ausreichen sollte, können die bereits vorhandenen Wandermodule bis zum Erreichen der maximalen Anzahl von Wandlermodulen, die durch das zentrale Steuermodul prinzipiell ansteuerbar sind, in ein größeres Gehäuse eingebaut werden. Es ist zu erkennen, dass dadurch ein für den Kunden äußerst zukunftsicheres und flexibles modulares Wechselrichtersystem entstanden ist. 8th shows a further exemplary embodiment of a housing 4 for receiving an inverter system. As can be seen, the housing shown is 4 wider than the case 6 , In the exemplary embodiment, four converter modules can be accommodated. In the longitudinal direction of the housing 4 The control module and up to four converter modules are arranged side by side from left to right. Due to the modularity of the inverter system according to the invention, it is readily possible to dimension the housing for receiving the maximum expected during the life of the inverter power output to install within the housing but only the currently necessary converter modules. If the currently installed converter modules are no longer sufficient to deliver the required power, further converter modules can be installed until the enclosure limit is reached. Even if the housing should no longer be sufficient, the existing traveling modules can be installed in a larger housing until they reach the maximum number of converter modules that can be controlled in principle by the central control module. It can be seen that This has created a highly future-proof and flexible modular inverter system for the customer.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen. With regard to further advantageous embodiments of the device according to the invention, reference is made to avoid repetition to the general part of the specification and to the appended claims.

Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschrie benen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken. Finally, it should be expressly understood that the above-described embodiments surrounded the device according to the invention serve only to discuss the claimed teaching, but not limit these to the embodiments.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Wechselrichtersystem Inverter system
2 2
Wandlermodul converter module
3 3
zentrales Steuermodul central control module
4 4
Gehäuse casing
5 5
Eingangsfilterschaltung Input filter circuit
6 6
Schutzschaltung protection circuit
7 7
Wechselrichter inverter
8 8th
lokales Steuermodul local control module
9 9
Ausgangsfilterschaltung Output filter circuit
10 10
Spannungsmesseinrichtung Voltage measuring device
11 11
Wandlereingang converter input
12 12
Wandlerausgang converter output
13 13
Steuereingang control input
14 14
Steuerausgang control output
15 15
Kühlkörper heatsink
16 16
Systemeingang system input
17 17
Systemausgang system output
18 18
Kommunikationsport communication port
19 19
Hilfsspannungseingang Auxiliary voltage input

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2270971 A1 [0004] EP 2270971 A1 [0004]
  • EP 2290799 A1 [0005, 0005] EP 2290799 A1 [0005, 0005]
  • EP 2608389 A1 [0006] EP 2608389 A1 [0006]
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Claims (21)

Modular aufgebautes Wechselrichtersystem zum Erzeugen einer einphasigen Wechselspannung (UOUT) aus mindestens einer Eingangsspannung (UIN), wobei die Wechselspannung (UOUT) an einem Systemausgang (17) des Wechselrichtersystems (1) anliegt, umfassend: mindestens zwei Wandlermodule (2) mit jeweils einem Wandlereingang (11), einem Wandlerausgang (12) und einem Steuereingang (13), wobei an den Wandlereingängen (11) eine der Eingangsspannungen (UIN) anliegt, wobei jedes Wandlermodul (2) die Wechselspannung (UOUT) aus der am Wandlereingang (11) anliegenden Eingangsspannung (UIN) erzeugt und an dem jeweiligen Wandlerausgang (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) ausgibt und wobei die Wandlerausgänge (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) der Wandlermodule (2) jeweils mit dem Systemausgang (17) verbunden sind, und ein zentrales Steuermodul (3), das zum Steuern von zumindest Teilfunktionen der Wandlermodule (2) ausgebildet ist und Steuersignale an den jeweiligen Steuereingang (13.1, 13.2, 13.3, 13.4) der Wandlermodule (2) ausgibt, wobei die durch das zentrale Steuermodul (3) gesteuerten Teilfunktionen der Wandlermodule (2) die relative Phasenlage der an den Wandlerausgängen (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) der einzelnen Wandlermodule (3) ausgegebenen Ausgangsspannungen (UOUT) umfasst. Modular inverter system for generating a single-phase AC voltage (U OUT ) from at least one input voltage (U IN ), wherein the AC voltage (U OUT ) at a system output (U 17 ) of the inverter system ( 1 ), comprising: at least two converter modules ( 2 ), each with a converter input ( 11 ), a converter output ( 12 ) and a control input ( 13 ), whereby at the converter inputs ( 11 ) one of the input voltages (U IN ) is applied, each converter module ( 2 ) the AC voltage (U OUT ) from the at the converter input ( 11 ) applied input voltage (U IN ) and at the respective converter output ( 12.1 . 12.2 . 12.3 . 12.4 ) and where the transducer outputs ( 12.1 . 12.2 . 12.3 . 12.4 ) of the converter modules ( 2 ) each with the system output ( 17 ) and a central control module ( 3 ), which is used to control at least partial functions of the converter modules ( 2 ) is formed and control signals to the respective control input ( 13.1 . 13.2 . 13.3 . 13.4 ) of the converter modules ( 2 ), by the central control module ( 3 ) controlled sub-functions of the converter modules ( 2 ) the relative phase angle at the transducer outputs ( 12.1 . 12.2 . 12.3 . 12.4 ) of the individual converter modules ( 3 ) output output voltages (U OUT ). Wechselrichtersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselrichtersystem zur Eingabe einer einzelnen Eingangsspannung (UIN) ausgebildet ist und dass die einzelnen Wandlermodule (2) eingangsseitig parallel geschaltet sind. Inverter system according to claim 1, characterized in that the inverter system is designed to input a single input voltage (U IN ) and that the individual converter modules ( 2 ) are connected in parallel on the input side. Wechselrichtersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselrichtersystem zum Anschluss an mehrere, vorzugsweise unabhängige Energieversorgungen ausgebildet ist, über die das Wechselrichtersystem jeweils mit einer Eingangsspannung (UIN1, UIN2, UIN3, UIN4) beaufschlagbar sind, und dass jede der Eingangsspannungen (UIN1, UIN2, UIN3, UIN4) an mindestens einem Wandlereingang (11) der Wandlermodule (2) anliegt. Inverter system according to claim 1, characterized in that the inverter system is designed for connection to a plurality of, preferably independent power supplies, via which the inverter system in each case with an input voltage (U IN1 , U IN2 , U IN3 , U IN4 ) are acted upon, and that each of Input voltages (U IN1 , U IN2 , U IN3 , U IN4 ) at at least one transducer input ( 11 ) of the converter modules ( 2 ) is present. Wechselrichtersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Steuermodul (3) zur Steuerung der durch die Wandlermodule (2) abgegebenen Leistung ausgestaltet ist, wobei das Wechselrichtersystem (1) hierzu vorzugsweise eine Messeinrichtung umfasst, mit der die durch das Wechselrichtersystem (1) abgegebene Leistung bestimmbar ist und deren Messwerte zum Vorgeben der durch die jeweiligen Wandlermodule (2) abzugebenden Leistung herangezogen werden. Inverter system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the central control module ( 3 ) for controlling by the converter modules ( 2 ) is designed, wherein the inverter system ( 1 ) for this purpose preferably comprises a measuring device with which by the inverter system ( 1 ) and whose measured values are predetermined by the respective converter modules ( 2 ) are used. Wechselrichtersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlermodule (2) jeweils eine Messeinrichtung (10) aufweisen, mit der die durch das Wandlermodul (2) abgegebene Leistung bestimmbar ist. Inverter system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the converter modules ( 2 ) each have a measuring device ( 10 ), with which by the converter module ( 2 ) output is determinable. Wechselrichtersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlermodule (2) jeweils ein lokales Steuermodul (8) aufweisen, das mit dem Steuereingang (13) des Wandlermoduls (2) verbunden ist und das basierend auf von dem zentralen Steuermodul (3) empfangenen Steuerinformationen Funktionen des Wandlermoduls (2) steuert. Inverter system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the converter modules ( 2 ) a local control module ( 8th ) connected to the control input ( 13 ) of the converter module ( 2 ) and based on the central control module ( 3 ) received control information functions of the converter module ( 2 ) controls. Wechselrichtersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale Steuermodul (8) das Wandlermodul (2) derart steuert, dass die durch das Wandlermodul (2) abgegebene Spannung und/oder Leistung Sollwerten genügt, die durch das zentrale Steuermodul (3) vorgegeben werden. Inverter system according to claim 6, characterized in that the local control module ( 8th ) the converter module ( 2 ) is controlled such that by the converter module ( 2 ) delivered voltage and / or power setpoints, by the central control module ( 3 ). Wechselrichtersystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Steuermodul (3) mit den lokalen Steuermodulen (8) über einen Bus verbunden sind. Inverter system according to claim 6 or 7, characterized in that the central control module ( 3 ) with the local control modules ( 8th ) are connected via a bus. Wechselrichtersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Steuermodul (3) dazu ausgebildet ist, Steuersignale, vorzugsweise pulsweitenmodulierte Signale, für elektronische Schalter, vorzugsweise Transistoren, der Wandlermodule (2) auszugeben. Inverter system according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the central control module ( 3 ) is adapted to control signals, preferably pulse width modulated signals, for electronic switches, preferably transistors, the converter modules ( 2 ). Wechselrichtersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Steuermodul (3) dazu ausgebildet ist, die Anzahl der verbundenen Wandlermodule (2) zu detektieren und die Wandlermodule (2) basierend auf die detektierte Anzahl zu parametrieren. Inverter system according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the central control module ( 3 ) is adapted to reduce the number of connected converter modules ( 2 ) and the converter modules ( 2 ) based on the detected number. Wechselrichtersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Wandlermodul (2) zusätzlich einen Steuerausgang (14) aufweist, dass der Steuereingang (12.1) eines der Wandlermodule (2.1) mit dem zentralen Steuermodul (3) verbunden ist, das dadurch zu einem Master-Wandlermodul wird, und dass das/die verbleibende/n Wandlermodul/e (2.2, 2.3, 2.4) als Kaskade mit dem Master-Wandlermodul verbunden sind, wobei jeweils der Steuerausgang (13.1, 13.2, 13.3) eines Wandlermoduls (2.1, 2.2, 2.3) mit dem Steuereingang (12.2, 12.3, 12.4) eines anderen Wandlermoduls (2.2, 2.3, 2.4) verbunden ist. Inverter system according to one of claims 1 to 10, characterized in that each converter module ( 2 ) additionally a control output ( 14 ), that the control input ( 12.1 ) of one of the converter modules ( 2.1 ) with the central control module ( 3 ), which thereby becomes a master converter module, and that the remaining converter module (s) ( 2.2 . 2.3 . 2.4 ) are connected as a cascade to the master converter module, wherein in each case the control output ( 13.1 . 13.2 . 13.3 ) of a converter module ( 2.1 . 2.2 . 2.3 ) with the control input ( 12.2 . 12.3 . 12.4 ) of another converter module ( 2.2 . 2.3 . 2.4 ) connected is. Wechselrichtersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Steuermodul (3) als Steckmodul ausgebildet ist, das in eine zugehörige Buchse an einem der Wandlermodule einsteckbar ist. Inverter system according to one of Claims 1 to 11, characterized in that the central control module ( 3 ) is designed as a plug-in module which can be inserted into an associated socket on one of the converter modules. Wechselrichtersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Steuermodul (3) über separate Leitungen jeweils mit den Wandlermodulen (2) verbunden ist. Inverter system according to one of Claims 1 to 11, characterized in that the central control module ( 3 ) via separate lines in each case with the converter modules ( 2 ) connected is. Wechselrichtersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Steuermodul (3) einen Anschluss zur Ausgabe von Statusinformationen an ein externes Überwachungsmodul aufweist. Inverter system according to one of claims 1 to 13, characterized in that the central control module ( 3 ) has a port for outputting status information to an external monitoring module. Wechselrichtersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselrichtersystem (1) in einem Gehäuse (4) mit mindestens einem Kühlkörper (15) eingebaut ist, wobei der/die Kühlkörper (15) der Abführung von Abwärme von Komponenten des Wechselrichtersystems (1), insbesondere den Wandlermodulen (2), dient. Inverter system according to one of Claims 1 to 14, characterized in that the inverter system ( 1 ) in a housing ( 4 ) with at least one heat sink ( 15 ), wherein the heat sink (s) ( 15 ) the removal of waste heat from components of the inverter system ( 1 ), in particular the converter modules ( 2 ), serves. Wechselrichtersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsspannung(en) (UIN, UIN1, UIN2, UIN3, UIN4) eine Gleichspannung mit vorzugsweise 24 V, 36 V, 72 V oder 110 V ist und dass die durch das Wechselrichtersystem (1) am Systemausgang (17) abgegebene Wechselspannung (UOUT) eine im Wesentlichen sinusförmige Wechselspannung mit einer Frequenz von vorzugsweise 50 Hz oder 60 Hz und einem Effektivwert von vorzugsweise 120 V oder 230 V ist. Inverter system according to one of Claims 1 to 15, characterized in that the input voltage (s) (U IN , U IN1 , U IN2 , U IN3 , U IN4 ) is a DC voltage of preferably 24 V, 36 V, 72 V or 110 V and that by the inverter system ( 1 ) at the system output ( 17 ) output AC voltage (U OUT ) is a substantially sinusoidal AC voltage having a frequency of preferably 50 Hz or 60 Hz and an effective value of preferably 120 V or 230 V. Wechselrichtersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselrichtersystem (1) zusätzlich mindestens eine Eingangs- (5) und eine Ausgangsfilterschaltung (9) und mindestens eine Schutzschaltung (6), insbesondere gegen Überlastung, Über- und/oder Unterspannung und/oder Verpolung, aufweist. Inverter system according to one of claims 1 to 16, characterized in that the inverter system ( 1 ) additionally at least one input ( 5 ) and an output filter circuit ( 9 ) and at least one protection circuit ( 6 ), in particular against overloading, over and / or undervoltage and / or reverse polarity. Wechselrichtersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselrichtersystem (1) zur Verwendung in Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen, ausgebildet ist. Inverter system according to one of claims 1 to 17, characterized in that the inverter system ( 1 ) is designed for use in vehicles, in particular rail vehicles. Modular aufgebautes Wechselrichtersystem zum Erzeugen einer n-phasigen Wechselspannung (UOUT) aus einer Eingangsspannung (UIN), wobei die Wechselspannung (UOUT) an einem Systemausgang (17) des Wechselrichtersystems (1) ausgegeben wird und wobei der Systemausgang (17) zur Ausgabe der n-phasigen Wechselspannung (UOUT) ausgebildet ist, umfassend: n Wandlermodule (2) mit jeweils einem Wandlereingang (11), einem Wandlerausgang (12) und einem Steuereingang (13), wobei an den Wandlereingängen (11) jeweils die Eingangsspannung (UIN) anliegt, wobei jedes Wandlermodul (2) eine Wechselspannung für eine der n Phasen der am Systemausgang (17) ausgegebenen Wechselspannung (UOUT) erzeugt und an dem jeweiligen Wandlerausgang (12) ausgibt und wobei die Wandlerausgänge (12) jedes Wandlermoduls (2) mit dem zugehörigen Teil des Systemausgang (17) verbunden ist, und ein zentrales Steuermodul (3), das zum Steuern von zumindest Teilfunktionen der Wandlermodule (2) ausgebildet ist und Steuersignale an den jeweiligen Steuereingang (11) der Wandlermodule (2) ausgibt, wobei die durch das zentrale Steuermodul (3) gesteuerten Teilfunktionen der Wandlermodule (2) die relative Phasenlage der an den Wandlerausgängen (12) ausgegebenen Wechselspannungen umfasst. Modular inverter system for generating an n-phase AC voltage (U OUT ) from an input voltage (U IN ), wherein the AC voltage (U OUT ) at a system output ( 17 ) of the inverter system ( 1 ) and the system output ( 17 ) for outputting the n-phase AC voltage (U OUT ), comprising: n converter modules ( 2 ), each with a converter input ( 11 ), a converter output ( 12 ) and a control input ( 13 ), whereby at the converter inputs ( 11 ) in each case the input voltage (U IN ) is applied, each converter module ( 2 ) an alternating voltage for one of the n phases of the system output ( 17 ) output AC voltage (U OUT ) and at the respective converter output ( 12 ) and where the transducer outputs ( 12 ) of each converter module ( 2 ) with the associated part of the system output ( 17 ), and a central control module ( 3 ), which is used to control at least partial functions of the converter modules ( 2 ) is formed and control signals to the respective control input ( 11 ) of the converter modules ( 2 ), by the central control module ( 3 ) controlled sub-functions of the converter modules ( 2 ) the relative phase angle at the transducer outputs ( 12 ) output AC voltages. Wechselrichtersystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die n-phasige Wechselspannung (UOUT) ein dreiphasiger Drehstrom ist. Inverter system according to claim 19, characterized in that the n-phase AC voltage (U OUT ) is a three-phase AC current. Wandlermodul zum Aufbau eines Wechselrichtersystems nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Wandlermodul (2) einen Wandlereingang (11), einen Wandlerausgang (12) und einen Steuereingang (14) aufweist, wobei an dem Wandlereingang (11) eine Eingangsspannung (UIN) anliegt, wobei das Wandlermodul (2) aus der Eingangsspannung (UIN) eine Wechselspannung erzeugt und an dem Wandlerausgang (12) ausgibt und wobei die Erzeugung der Wechselspannung durch Steuerinformationen gesteuert wird, die von einem zentralen Steuermodul (3) über den Steuereingang (11) empfangen werden. Converter module for constructing an inverter system according to one of claims 1 to 20, wherein the converter module ( 2 ) a converter input ( 11 ), a converter output ( 12 ) and a control input ( 14 ), wherein at the transducer input ( 11 ) an input voltage (U IN ) is applied, wherein the converter module ( 2 ) from the input voltage (U IN ) generates an AC voltage and at the converter output ( 12 ) and wherein the generation of the AC voltage is controlled by control information provided by a central control module ( 3 ) via the control input ( 11 ) are received.
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