DE102016201283A1 - Wechselrichter, elektrische Antriebsanordnung mit einem Wechselrichter - Google Patents
Wechselrichter, elektrische Antriebsanordnung mit einem Wechselrichter Download PDFInfo
- Publication number
- DE102016201283A1 DE102016201283A1 DE102016201283.5A DE102016201283A DE102016201283A1 DE 102016201283 A1 DE102016201283 A1 DE 102016201283A1 DE 102016201283 A DE102016201283 A DE 102016201283A DE 102016201283 A1 DE102016201283 A1 DE 102016201283A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- inverter
- bridges
- voltage side
- connection point
- electrically connected
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
- H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
- B60L15/007—Physical arrangements or structures of drive train converters specially adapted for the propulsion motors of electric vehicles
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
- H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
- H02M3/1582—Buck-boost converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
- H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
- H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
- H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0095—Hybrid converter topologies, e.g. NPC mixed with flying capacitor, thyristor converter mixed with MMC or charge pump mixed with buck
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Offenbart wird ein Wechselrichter (WR) zum Umwandeln eines Gleichstromes in mindestens zwei Phasenströme, insb. einer elektrischen Maschine (EM), umfassend:
– einen positivspannungsseitigen Eingangsstromanschluss (EA1) und einen negativspannungsseitigen Eingangsstromanschluss (EA2) zur Herstellung elektrischer Verbindung zu einer Gleichstromquelle, insb. zu einem Gleichstromspeicher (ES);
– mindestens zwei Phasenstromanschlüsse (PS1, PS2, PS3) zur Herstellung elektrischer Verbindung zu mindestens zwei Phasenstromleitungen (PL1, PL2, PL3);
– mindestens zwei H-Brücken (HB1, HB2, HB3) zum Umwandeln des Gleichstromes in einen der mindestens zwei Phasenströme, wobei jede der mindestens zwei H-Brücken (HB1, HB2, HB3) zwischen den beiden Eingangsstromanschlüssen (EA1, EA2) und jeweils einem der mindestens zwei Phasenstromanschlüsse (PS1, PS2, PS3) elektrisch angeschlossen ist.
Ferner wird eine elektrische Antriebsanordnung (EA), insb. zum Antrieb eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, mit einem genannten Wechselrichter (WR) vorgestellt.
– einen positivspannungsseitigen Eingangsstromanschluss (EA1) und einen negativspannungsseitigen Eingangsstromanschluss (EA2) zur Herstellung elektrischer Verbindung zu einer Gleichstromquelle, insb. zu einem Gleichstromspeicher (ES);
– mindestens zwei Phasenstromanschlüsse (PS1, PS2, PS3) zur Herstellung elektrischer Verbindung zu mindestens zwei Phasenstromleitungen (PL1, PL2, PL3);
– mindestens zwei H-Brücken (HB1, HB2, HB3) zum Umwandeln des Gleichstromes in einen der mindestens zwei Phasenströme, wobei jede der mindestens zwei H-Brücken (HB1, HB2, HB3) zwischen den beiden Eingangsstromanschlüssen (EA1, EA2) und jeweils einem der mindestens zwei Phasenstromanschlüsse (PS1, PS2, PS3) elektrisch angeschlossen ist.
Ferner wird eine elektrische Antriebsanordnung (EA), insb. zum Antrieb eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, mit einem genannten Wechselrichter (WR) vorgestellt.
Description
- Technisches Gebiet:
- Die Erfindung betrifft einen (leistungselektronische) Wechselrichter zum Umwandeln eines Gleichstroms in mindestens zwei, insb. mindestens drei, Phasenströme, insb. für eine elektrische Maschine, sowie eine elektrische Antriebsanordnung mit einem genannten Wechselrichter.
- Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung:
- (Leistungselektronische) Wechselrichter zum Umwandeln eines Gleichstroms in mindestens zwei Phasenströme, insbesondere für Statorphasen einer elektrischen Maschine, sind bekannt. Als Beispiel derartiger Wechselrichter sind Wechselrichter in einer B6-Topologie bekannt. Diese Wechselrichter in der B6-Topologie weisen drei Halbbrücken auf, welche zueinander parallel zwischen Gleichstrom-Versorgungsleitungen angeschlossen sind. Diese Wechselrichter weisen in den Halbbrücken jeweils zwei in Serie geschalteten Halbleiterschalter auf, welche bspw. entsprechend der Vektorregelung der elektrischen Maschine ein-/ausgeschaltet werden und dabei den Gleichstrom in zwei Phasenströme umwandeln.
- Die Halbleiterschalter in diesen bekannten Wechselrichtern weisen frequenzabhängige Verlustleistungen auf. Aufgrund dieser Verlustleistungen ist die einstellbare Schaltfrequenz der Halbleiterschalter und somit der bekannten Wechselrichter begrenzt. Durch die begrenzte Schaltfrequenz sind zudem aufwändige Maßnahmen zur elektromagnetischen Filterung bei den Wechselrichtern erforderlich.
- Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Wechselrichter mit einer geringen Verlustleistung bereitzustellen.
- Beschreibung der Erfindung:
- Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein (insb. leistungselektronischer) Wechselrichter zum Umwandeln eines Gleichstromes in mindestens zwei, insb. in mindestens drei, Phasenströme, insb. für eine elektrische Maschine, bereitgestellt.
- Der Wechselrichter umfasst einen positivspannungsseitigen und einen negativspannungsseitigen Eingangsstromanschluss zur Herstellung elektrischer Verbindung zu einer Gleichstromquelle, insb. zu einem Gleichstromspeicher.
- Der Wechselrichter umfasst ferner mindestens zwei Phasenstromanschlüsse zur Herstellung jeweils einer elektrischen Verbindung zu jeweils einer der mindestens zwei Phasenstromleitungen. Dabei sind die mindestens zwei Phasenstromleitungen eingerichtet, die jeweiligen Phasenstromanschlüsse bspw. mit einer elektrischen Maschine elektrisch zu verbinden.
- Zwischen den beiden Eingangsstromanschlüssen und jeweils einem der mindestens zwei Phasenstromanschlüsse weist der Wechselrichter jeweils eine H-Brücke auf, welche eingerichtet ist, den zwischen den beiden Eingangsstromanschlüssen fließenden Gleichstrom in einen der mindestens zwei Phasenströme umzuwandeln, welche dann über die jeweiligen Phasenstromanschlüsse den jeweiligen Phasenstromleitungen zugeführt werden.
- Hierbei ist eine H-Brücke eine elektronische H-Brückenschaltung mit mindestens vier elektronischen Schaltern, wie z. B. Halbleiterschaltern (bspw. Metall-Oxid-Halbleiter Feldeffekttransistoren (MOSFET‘s), Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT‘s), Thyristoren), welche in zwei Reihenschaltungen (also in zwei Längszweigen der jeweiligen H-Brücken) von je mindestens zwei elektronischen Schaltern aufgeteilt angeordnet sind. Mittelabgriffe dieser mindestens zwei elektronischen Schalter der beiden Reihenschaltungen der jeweiligen H-Brücken sind miteinander über jeweils einen Brückenzweig (Querzweig) elektrisch verbunden.
- Die Mittelabgriffe sind dabei die Verbindungspunkte zwischen zwei seriell aufeinanderfolgend geschalteten Schaltern der mindestens zwei elektronischen Schalter einer und derselben Reihenschaltung.
- Jeweils ein Längszweig (mit zwei oder mehr in Serie geschalteten Schaltern) einer H-Brücke ist zwischen den beiden Eingangsstromanschlüssen angeschlossen, während der andere Längszweig derselben H-Brücke an einem der Phasenstromanschlüsse angeschlossen ist. Dabei sind die H-Brücken jeweils in Serie zu den jeweiligen Phasenleitungen angeschlossen.
- Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bekannte Wechselrichter mit zwei oder mehr zueinander (zum Zweck der Stromversorgung) parallel geschalteten Reihenschaltungen von bspw. je zwei Halbleiterschaltern aufgrund der bauteilbedingten Verlustleistungen in den Halbleiterschaltern eine hohe Gesamt-Verlustleistung aufweisen.
- Zudem weisen Phasenströme (bzw. Ausgangsströme) derartiger Wechselrichter diskreten Phasenspannungen mit hohen Störspannungsanteilen auf. Diese hohen Störspannungsanteile erzeugen wiederum elektromagnetische Störfelder und erfordern somit aufwendige und kostenintensive Maßnahmen, wie z. B. zur Filterung dieser Störspannungsanteile oder zur elektromagnetischen Abschirmung der Phasenstromleitungen gegen die elektromagnetischen Störfelder.
- Zudem ist bei diesen Wechselrichtern eine Begrenzung der Schaltfrequenz der Halbleiterschalter (bspw. unter 20 Kilo-Hertz) erforderlich, um einen Temperaturanstieg über eine zulässige Temperaturschwelle infolge der hohen Verlustleistungen zu vermeiden. Durch die Begrenzung der Schaltfrequenz ist wiederum ein Zwischenkreiskondensator erforderlich, welcher Spannungsschwankungen bei der Eingangsspannung der Wechselrichter kompensieren bzw. die Zwischenkreisspannung trotz der geschalteten Phasenströme (zumindest näherungsweise) konstant halten kann. Dabei muss der Zwischenkreiskondensator mit einer hohen Mindestkapazität ausreichend dimensioniert werden, um die Spannungsschwankungen infolge der begrenzten Schaltfrequenz abfangen zu können. Ein Zwischenkreiskondensator mit einer hohen Mindestkapazität ist jedoch kostenintensiv und zudem beansprucht einen großen Bauraum.
- Im Rahmen der Erfindung wurde zudem erkannt, dass die H-Brücken bzw. deren Halbleiterschalter spannungslos (auf Englisch „Zero Voltage Switching“) geschaltet werden können und somit mit geringen Verlustleistungen betrieben werden können. Die geringen Verlustleistungen ermöglichen eine hohe Schaltfrequenz bei den Halbleiterschaltern der H-Brücken gegenüber den bekannten Wechselrichtern. Dank der hohen Schaltfrequenz erfordern die Wechselrichter mit H-Brücken (anstelle eines vergleichsweise groß dimensionierten Zwischenkreiskondensators) lediglich vergleichsweise klein dimensionierte Kondensatoren (mit vergleichsweise geringen Kapazitäten) bspw. an Ein-/Ausgängen der H-Brücken.
- Basierend auf diesen Erkenntnissen ist ein Wechselrichter mit H-Brücken bereitgestellt, welcher dank der geringen Verlustleistungen in den H-Brücken insgesamt eine geringe Verlustleistung aufweist und zudem in der Lage ist, aus einem Gleichstrom Phasenströme mit kontinuierlich ändernden und somit analogen Spannungen (statt diskreten Spannungen) mit geringen Störspannungsanteilen zu generieren.
- Damit ist eine Möglichkeit bereitgestellt, mit der ein Wechselrichter mit einer geringen Verlustleistung betrieben werden kann.
- Dank der hohen Schaltfrequenz der Halbleiterschalter der H-Brücken (und der damit gebundenen geringen Anforderung an die Zwischenkreiskapazität) kann der Wechselrichter zudem mit vergleichsweise klein dimensionierten Kondensatoren (bspw. an den Ein-/Ausgängen der H-Brücken) kostengünstig und bauraumsparend hergestellt werden.
- Die H-Brücken weisen vorzugsweise jeweils eine Spule in ihren jeweiligen Brückenzweigen auf. Die Spulen ermöglichen (insb. zusammen mit Kondensatoren), dass die Ausgangsspannungen von H-Brücken (mit Halbleiterschaltern) kontinuierlich, analog veränderbar sind und somit geringe Störspannungsanteile aufweisen.
- Die H-Brücken weisen vorzugsweise ferner jeweils einen positivspannungsseitigen und einen negativspannungsseitigen Eingangsverbindungspunkt auf, und sind über den jeweiligen positivspannungsseitigen Eingangsverbindungspunkt mit dem positivspannungsseitigen Eingangsstromanschluss des Wechselrichters und über den jeweiligen negativspannungsseitigen Eingangsverbindungspunkt mit dem negativspannungsseitigen Eingangsstromanschluss des Wechselrichters elektrisch verbunden.
- Der Wechselrichter umfasst vorzugsweise ferner einen Eingangskondensator, welcher zwischen dem positivspannungsseitigen und dem negativspannungsseitigen Eingangsstromanschluss elektrisch angeschlossen ist. Der Eingangskondensator dient insb. zur Glättung von eventuell vorhandenen Spannungsschwankungen in der Eingangsspannung bzw. der Spannung des von der Gleichstromquelle bereitgestellten Gleichstromes.
- Die H-Brücken weisen vorzugsweise ferner jeweils einen positivspannungsseitigen Ausgangsverbindungspunkt auf, über welchen die jeweilige H-Brücke mit jeweils einem der mindestens zwei Phasenstromanschlüsse elektrisch verbunden ist.
- Die H-Brücken weisen vorzugsweise ferner jeweils einen negativspannungsseitigen Ausgangsverbindungspunkt auf, welcher mit dem jeweiligen negativspannungsseitigen Eingangsverbindungspunkt derselben H-Brücke elektrisch verbunden ist.
- Der Wechselrichter umfasst vorzugsweise ferner mindestens zwei Ausgangskondensatoren, wobei jeweils einer der mindestens zwei Ausgangskondensatoren zwischen dem positivspannungsseitigen und dem negativspannungsseitigen Ausgangsverbindungspunkt jeweils einer der H-Brücken elektrisch angeschlossen ist. Die Ausgangskondensatoren dienen (insb. mit den oben genannten Spulen) zur Glättung der Ausgangsspannungen der H-Brücken bzw. der Spannungen der Phasenströme.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Antriebsanordnung, insbesondere zum Antrieb eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, bereitgestellt.
- Die elektrische Antriebsanordnung umfasst eine elektrische Maschine zum Antrieb sowie eine Leistungsendstufe zum Bereitstellen von mindestens zwei, insb. mindestens drei, Phasenströmen für die elektrische Maschine.
- Dabei umfasst die Leistungsendstufe mindestens zwei, insb. mindestens drei, Phasenstromleitungen zur Herstellung elektrischer Verbindung zur elektrischen Maschine bzw. zum Zuleiten der mindestens zwei, insb. mindestens drei, Phasenströme zur elektrischen Maschine, und einen zuvor beschriebenen Wechselrichter zum Umwandeln eines Gleichstromes in die mindestens zwei, insb. mindestens drei, Phasenströme.
- Dabei ist der Wechselrichter über die mindestens zwei, insb. mindestens drei, Phasenstromanschlüsse mit den mindestens zwei, insb. mindestens drei, Phasenstromleitungen elektrisch verbunden.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen des oben beschriebenen Wechselrichters sind, soweit möglich, auf die oben genannte elektrische Antriebsanordnung übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der elektrischen Antriebsanordnung anzusehen.
- Beschreibung der Zeichnung:
- Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur in einer schematischen Darstellung eine Topologie einer elektrischen Antriebsanordnung mit einem Wechselrichter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die beispielhafte Ausführungsform der Erfindung stellt einen dreiphasigen Wechselrichter mit den beschriebenen Merkmalen dar.
- Die elektrische Antriebsanordnung EA dient zum Antrieb eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs.
- Die Antriebsanordnung EA umfasst eine elektrische Maschine EM zum Antrieb des Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, eine Leistungsendstufe LE zum Bereitstellen von drei Phasenströmen für die elektrische Maschine EM, sowie eine Traktionsbatterie als einen Gleichstromspeicher ES zum Bereitstellen eines Gleichstromes für die Leistungsendstufe LE.
- Die elektrische Maschine EM ist in dieser Ausführungsform als eine fremd- oder eine permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet und umfasst einen Stator mit drei Statorphasen.
- Die Leistungsendstufe LE umfasst einen Wechselrichter WR sowie drei Phasenleitungen PL1, PL2, PL3, und ist über die drei Phasenleitungen PL1, PL2, PL3 mit den drei Statorphasen der elektrischen Maschine EM elektrisch verbunden.
- Der Wechselrichter WR umfasst einen positivspannungsseitigen und einen negativspannungsseitigen Eingangsstromanschluss EA1, EA2 und ist über die beiden Eingangsstromanschlüsse EA1, EA2 mit dem Gleichstromspeicher ES elektrisch verbunden.
- Der Wechselrichter WR umfasst ferner drei Phasenstromanschlüsse PS1, PS2, PS3 und ist über die drei Phasenstromanschlüsse PS1, PS2, PS3 mit jeweils einer der drei Phasenstromleitungen PL1, PL2, PL3 elektrisch verbunden.
- Der Wechselrichter WR umfasst ferner drei H-Brücken HB1, HB2, HB3, welche wiederum jeweils einen positiven Eingangsverbindungspunkt PE1, PE2, PE3, einen negativen Eingangsverbindungspunkt NE1, NE2, NE3, einen positiven Ausgangsverbindungspunkt PA1, PA2, PA3 sowie einen negativen Ausgangsverbindungspunkt NA1, NA2, NA3 umfassen.
- Die drei H-Brücken HB1, HB2, HB3 sind eingangsseitig über den jeweiligen positivspannungsseitigen Eingangsverbindungspunkt PE1, PE2, PE3 mit dem positivspannungsseitigen Eingangsstromanschluss EA1 und über den jeweiligen negativspannungsseitigen Eingangsverbindungspunkt NE1, NE2, NE3 mit dem negativspannungsseitigen Eingangsstromanschluss EA2 elektrisch verbunden. Ausgangsseitig sind die drei H-Brücken HB1, HB2, HB3 über den jeweiligen positivspannungsseitigen Ausgangsverbindungspunkt PA1, PA2, PA3 mit jeweils einem der Phasenstromanschluss PS1, PS2, PS3 elektrisch verbunden.
- Die H-Brücken HB1, HB2, HB3 umfassen jeweils zwei Reihenschaltungen von je zwei (Leistungs-)Halbleiterschaltern HS (bspw. Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren), deren jeweiligen Mittelabgriffe MA über jeweils einen Brückenzweig BZ1, BZ2, BZ3 derselben H-Brücken HB1, HB2, HB3 miteinander elektrisch verbunden sind.
- In den jeweiligen Brückenzweigen BZ1, BZ2, BZ3 weisen die H-Brücken HB1, HB2, HB3 jeweils eine Spule L1, L2, L3 auf.
- Der Wechselrichter WR umfasst ferner einen Eingangskondensator C1, welcher zwischen dem positivspannungsseitigen und dem negativspannungsseitigen Eingangsanschluss EA1, EA2 elektrisch angeschlossen ist. Der Eingangskondensator C1 dient zur Glättung der Eingangsspannung bzw. der Spannung des von dem Gleichstromspeicher ES bereitgestellten Gleichstromes.
- Der Wechselrichter WR umfasst ferner drei Ausgangskondensatoren C21, C22, C23, welche jeweils zwischen dem positivspannungsseitigen und dem negativspannungsseitigen Ausgangsverbindungspunkt PA1 und NA1, PA2 und NA2, bzw. PA3 und NA3 der jeweiligen H-Brücken HB1, HB2, HB3 elektrisch angeschlossen sind. Die Ausgangskondensatoren C21, C22, C23 dienen zur Glättung der Ausgangsspannungen bzw. der Spannungen der Phasenströme.
- Jeweils eine H-Brücke HB1, HB2, HB3 mit jeweils einer Spule L1, L2, L3 in dem jeweiligen Brückenzweig BZ1, BZ2, BZ3 derselben H-Brücke HB1, HB2, HB3 und jeweils ein ausgangsseitig der jeweiligen H-Brücke HB1, HB2, HB3 geschalteter Ausgangskondensator C21, C22, C23 bilden gemeinsam jeweils einen Auf- und Abwärtswandler (auf Englisch „Buck-Boost-Converter“) aus, mit dem ein Phasenstrom mit einer Phasenspannung generiert werden kann, welche gegenüber der Spannung des Gleichstromes des Gleichstromspeichers ES höher oder niedriger sein kann.
- Zudem ermöglichen die H-Brücken HB1, HB2, HB3 eine bidirektionale Umwandlung, so dass die elektrische Maschine EM mit dem Wechselrichter WR sowohl in einem Motorbetrieb als auch in einem Generatorbetrieb betrieben werden kann.
- Die Halbleiterschalter HS der H-Brücken HB1, HB2, HB3 können z.B. so betrieben werden, dass die Kommutierung der Induktivität bei Abschalten der Halbleiterschalter HS natürlich erfolgt, d. h. ohne Einschalten der komplementären Halbleiterschalter HS. Damit können die H-Brücken HB1, HB2, HB3 spannungslos (auf Englisch „Zero Voltage Switching“) und somit der Wechselrichter WR nahezu ohne Schaltverluste betrieben werden.
- Die Schaltfrequenz der H-Brücken HB1, HB2, HB3 bzw. des Wechselrichters WR liegt z. B. in der Größenordnung 100 bis 200 Kilo-Hertz und somit um Faktor von 5 bis 10 Mal höher als die Schaltfrequenz eines konventionellen Wechselrichters. Zudem können der Eingangskondensator C1 und die drei Ausgangskondensatoren C21, C22, C23 um einen Faktor von ca. 10 kleiner dimensioniert werden als ein Zwischenkreiskondensator eines konventionellen Wechselrichters. Außerdem können die H-Brücken HB1, HB2, HB3 bzw. der Wechselrichter WR Phasenströme generieren, welche analoge, kontinuierliche Spannungen mit geringen Störspannungsanteilen aufweisen.
Claims (8)
- Wechselrichter (WR) zum Umwandeln eines Gleichstromes in mindestens zwei Phasenströme, insb. einer elektrischen Maschine (EM), umfassend: – einen positivspannungsseitigen Eingangsstromanschluss (EA1) und einen negativspannungsseitigen Eingangsstromanschluss (EA2) zur Herstellung elektrischer Verbindung zu einer Gleichstromquelle, insb. zu einem Gleichstromspeicher (ES); – mindestens zwei Phasenstromanschlüsse (PS1, PS2, PS3) zur Herstellung elektrischer Verbindung zu mindestens zwei Phasenstromleitungen (PL1, PL2, PL3); – mindestens zwei H-Brücken (HB1, HB2, HB3) zum Umwandeln des Gleichstromes in einen der mindestens zwei Phasenströme, wobei jede der mindestens zwei H-Brücken (HB1, HB2, HB3) zwischen den beiden Eingangsstromanschlüssen (EA1, EA2) und jeweils einem der mindestens zwei Phasenstromanschlüsse (PS1, PS2, PS3) elektrisch angeschlossen ist.
- Wechselrichter (WR) nach Anspruch 1, wobei die H-Brücken (HB1, HB2, HB3) jeweils eine induktive elektrische oder elektronische Schaltungseinheit, insb. jeweils eine Spule (L1, L2, L3), in ihren jeweiligen Brückenzweigen (BZ1, BZ2, BZ3) aufweisen.
- Wechselrichter (WR) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die H-Brücken (HB1, HB2, HB3) jeweils einen positivspannungsseitigen Eingangsverbindungspunkt (PE1, PE2, PE3) und einen negativspannungsseitigen Eingangsverbindungspunkt (NE1, NE2, NE3) aufweisen und über den jeweiligen positivspannungsseitigen Eingangsverbindungspunkt (PE1, PE2, PE3) mit dem positivspannungsseitigen Eingangsstromanschluss (EA1) und über den jeweiligen negativspannungsseitigen Eingangsverbindungspunkt (NE1, NE2, NE3) mit dem negativspannungsseitigen Eingangsstromanschluss (EA2) elektrisch verbunden sind.
- Wechselrichter (WR) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Eingangskondensator (C1), welcher zwischen dem positivspannungsseitigen (EA1) und dem negativspannungsseitigen (EA2) Eingangsstromanschluss elektrisch angeschlossen ist.
- Wechselrichter (WR) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die H-Brücken (HB1, HB2, HB3) ferner jeweils einen positivspannungsseitigen Ausgangsverbindungspunkt (PA1, PA2, PA3) aufweisen und über den jeweiligen positivspannungsseitigen Ausgangsverbindungspunkt (PA1, PA2, PA3) mit jeweils einem der mindestens zwei Phasenstromanschlüsse (PS1, PS2, PS3) elektrisch verbunden sind.
- Wechselrichter (WR) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die H-Brücken (HB1, HB2, HB3) ferner jeweils einen negativspannungsseitigen Ausgangsverbindungspunkt (NA1, NA2, NA3) aufweisen, welcher mit dem jeweiligen negativspannungsseitigen Eingangsverbindungspunkt (NE1, NE2, NE3) derselben H-Brücke (HB1, HB2, HB3) elektrisch verbunden ist.
- Wechselrichter (WR) nach Anspruch 6, ferner umfassend mindestens zwei Ausgangskondensatoren (C21, C22, C23), wobei jeweils einer der mindestens zwei Ausgangskondensatoren (C1, C22, C23) zwischen dem positivspannungsseitigen Ausgangsverbindungspunkt (PA1, PA2, PA3) und dem negativspannungsseitigen Ausgangsverbindungspunkt (NA1, NA2, NA3) jeweils einer der H-Brücken (HB1, HB2, HB3) elektrisch angeschlossen ist.
- Elektrische Antriebsanordnung (EA), insb. zum Antrieb eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, umfassend: – eine elektrischen Maschine (EM) zum Antrieb; – eine Leistungsendstufe (LE) zum Bereitstellen von mindestens zwei Phasenströmen für die elektrische Maschine (EM); – wobei die Leistungsendstufe (LE) mindestens zwei Phasenstromleitungen (PL1, PL2, PL3) zum Zuleiten der mindestens zwei Phasenströme zur elektrischen Maschine (EM) und einen Wechselrichter (WR) nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst; – wobei der Wechselrichter (WR) über die mindestens zwei Phasenstromanschlüsse (PS1, PS2, PS3) mit den mindestens zwei Phasenstromleitungen (PL1, PL2, PL3) elektrisch verbunden ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016201283.5A DE102016201283A1 (de) | 2016-01-28 | 2016-01-28 | Wechselrichter, elektrische Antriebsanordnung mit einem Wechselrichter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016201283.5A DE102016201283A1 (de) | 2016-01-28 | 2016-01-28 | Wechselrichter, elektrische Antriebsanordnung mit einem Wechselrichter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102016201283A1 true DE102016201283A1 (de) | 2016-12-29 |
Family
ID=57537592
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102016201283.5A Ceased DE102016201283A1 (de) | 2016-01-28 | 2016-01-28 | Wechselrichter, elektrische Antriebsanordnung mit einem Wechselrichter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102016201283A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019057771A1 (de) * | 2017-09-20 | 2019-03-28 | ETH Zürich | Ac/dc konverter mit hoch-tiefsetzsteller phasenmodulen |
US10862413B2 (en) | 2019-05-03 | 2020-12-08 | Lear Corporation | Electrical assembly |
FR3119501A1 (fr) * | 2021-02-03 | 2022-08-05 | Safran Electronics & Defense | Système d’alimentation électrique d’un actionneur d’aéronef |
DE102022109257B3 (de) | 2022-04-14 | 2023-08-03 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Modularer Multilevelkonverter für Multiphasenantriebe mit Ausgleich von Kondensatorspannungen |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005014758A1 (de) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Denso Corp | Reversible Tiefsetz-Hochsetz-Steller-Schaltung und eine Umrichterschaltung mit derselben |
-
2016
- 2016-01-28 DE DE102016201283.5A patent/DE102016201283A1/de not_active Ceased
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005014758A1 (de) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Denso Corp | Reversible Tiefsetz-Hochsetz-Steller-Schaltung und eine Umrichterschaltung mit derselben |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019057771A1 (de) * | 2017-09-20 | 2019-03-28 | ETH Zürich | Ac/dc konverter mit hoch-tiefsetzsteller phasenmodulen |
US10862413B2 (en) | 2019-05-03 | 2020-12-08 | Lear Corporation | Electrical assembly |
FR3119501A1 (fr) * | 2021-02-03 | 2022-08-05 | Safran Electronics & Defense | Système d’alimentation électrique d’un actionneur d’aéronef |
WO2022167546A1 (fr) * | 2021-02-03 | 2022-08-11 | Safran Electronics & Defense | Systeme d'alimentation electrique d'un actionneur d'aeronef |
DE102022109257B3 (de) | 2022-04-14 | 2023-08-03 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Modularer Multilevelkonverter für Multiphasenantriebe mit Ausgleich von Kondensatorspannungen |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102016218304B3 (de) | Vorrichtung zur Spannungswandlung, Traktionsnetz und Verfahren zum Laden einer Batterie | |
EP2781010B1 (de) | Vorrichtung und verfahren zum laden einer traktionsbatterie eines elektro- oder hybridfahrzeuges | |
DE102005016177B4 (de) | Schaltungsanordnung und zugehöriges Ansteuerverfahren für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit zwei Gleichstromquellen | |
DE102014217703A1 (de) | Vorrichtung zum laden eines energiespeichers | |
DE102014224371A1 (de) | Batteriesystem mit einer hybriden Batterie und einem eingangsseitig mit der Batterie verbundenen NPC-Wechselrichter und Verfahren zum Betreiben eines eingangsseitig mit einer hybriden Batterie verbundenen NPC-Wechselrichter | |
DE102019112823A1 (de) | Verfahren zur Bereitstellung eines Präzisionsmultilevelkonverters | |
DE102018207290B4 (de) | Konfigurierbare Ladevorrichtung und Verfahren zum Konfigurieren der Ladevorrichtung | |
DE102005042324A1 (de) | Weitspannungs-Umrichter | |
DE102015223002A1 (de) | Leistungsumsetzungsvorrichtung und Eisenbahnfahrzeug mit derselben | |
DE102017206809A1 (de) | Gleichspannungswandler, Bordnetz mit einem Gleichspannungswandler | |
DE102016201283A1 (de) | Wechselrichter, elektrische Antriebsanordnung mit einem Wechselrichter | |
DE102013224022A1 (de) | Wechselrichter mit SiC-JFETs | |
DE102018216236B4 (de) | Ladeschaltung für einen fahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher | |
DE102016123678A1 (de) | Anordnung und Verfahren zur Erzeugung einer negativen Spannung für einen High-Side-Schalter in einem Wechselrichter | |
DE102018208264A1 (de) | Konfigurierbare Wechselstrom-Ladevorrichtung | |
EP0743744B1 (de) | Stromrichter | |
DE102011079214B4 (de) | Umrichterschaltung mit zwei Umrichtern, die in Abhängigkeit von einem Zustand der Umrichterschaltung zwischen einer Parallelschaltung und einer Seriellschaltung umschaltbar sind | |
EP4270764A1 (de) | Multilevelkonverter-schaltungs mit geschalteten kondensatoren in ssps topologie | |
DE102006016501A1 (de) | Leistungshalbleitermodul | |
DE102015215886A1 (de) | Inverterschaltung mit einer Schaltungsanordnung zum regenerativen Dämpfen elektrischer Schwingungen und Verfahren zum regenerativen Dämpfen elektrischer Schwingungen | |
DE102015105889A1 (de) | Schaltmodul und Umrichter mit wenigstens einem Schaltmodul | |
DE102017212844A1 (de) | Bidirektionaler Inverterlader | |
WO2013092043A2 (de) | Stromrichterschaltung | |
EP3455932B1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur erzeugung einer wechselspannung | |
EP3278440B1 (de) | Pulswechselrichter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R230 | Request for early publication | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |