-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung.
-
TECHNISCHER HINTERGRUND
-
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schaltung bereitzustellen, mittels welcher ein von der elektrischen Schaltung zu erzeugendes Drehmoment an verschiedene Betriebspunkte anpassbar ist.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine elektrische Schaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Demgemäß ist vorgesehen:
- - eine Elektrische Schaltung mit einer Mehrzahl primärer Wicklungen, insbesondere einer ersten primären Wicklung, einer zweiten primären Wicklung und einer dritten primären Wicklung, welche in einem ersten Sternpunkt miteinander verbindbar sind, mit einer Mehrzahl sekundärer Wicklungen und mit mehreren Schaltern, wobei jeweils eine primäre Wicklung mit einer sekundären Wicklung in Reihe schaltbar ist oder in Reihe geschalteten ist, derart dass je eine primäre Wicklung und eine zugehörige sekundäre Wicklung eine Reihenschaltung bilden, wobei die Mehrzahl der Reihenschaltungen in einem zweiten Sternpunkt miteinander verbindbar sind, wobei mittels der Schalter ein erster Zustand einstellbar ist, in welchem die primären Wicklungen in dem ersten Sternpunkt verbunden sind und ein zweiter Zustand einstellbar ist, in welchem die Mehrzahl der Reihenschaltungen in dem zweiten Sternpunkt verbunden sind.
-
Eine Schaltung ist der Zusammenschluss von elektrischen, elektronischen oder elektromechanischen Elementen, z.B. einer Batterie, einem Schalter, einer Anzeige, einem Motor etc. zu einer funktionsgerechten Anordnung. Die Funktionalität einer Schaltung wird durch einen elektrischen Strom durch ihre Elemente gewährleistet.
-
Als Wicklung oder Spule wird eine um eine Achse verlaufende Aufwicklung eines elektrisch leitenden Materials im festen Aggregatzustand bezeichnet.
-
Eine Sternschaltung ist die Zusammenschaltung beliebig vieler Anschlüsse an einen gemeinsamen Punkt, der als Sternpunkt bezeichnet wird.
-
Die Windungszahl ist die ganzzahlige Anzahl, die die Zahl der Wicklungen eines Leiters angibt. Ein elektrischer Leiter lässt sich einfach, d.h. die Windungszahl beträgt eins, oder mehrfach, d.h. die Windungszahl beträgt größer eins, wickeln.
-
Ein Schalter ist eine Baugruppe, die mittels zweier elektrisch leitender Materialien oder eines Halbleiterbauelements eine elektrisch leitende Verbindung herstellen oder trennen (Schaltkontakt). Idealerweise arbeitet ein Schalter nach dem Alles- oder-nichts-Prinzip, das heißt eine Betätigung führt immer eindeutig zu einem Schaltzustand offen oder geschlossen.
-
Eine Reihenschaltung oder Serienschaltung ist die Hintereinanderschaltung zweier oder mehrerer Bauelemente in einer Schaltung, so dass sie einen einzigen Strompfad bilden. Zwei Bauelemente sind demnach in Reihe geschaltet, wenn deren Verbindung keine Abzweigung aufweist. Die Anzahl der in Reihe geschalteten Elemente ist beliebig.
-
Der Begriff Kaskadierung bezeichnet die Hintereinanderschaltung bzw. Verkettung mehrerer Module/Baugruppen in einer Schaltung.
-
Der Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (englisch metal-oxidesemiconductor field-effect transistor, MOSFET auch MOS-FET oder MOST) gehört zu den Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate, auch als IGFET bezeichnet.
-
Ein Thyristor ist ein Halbleiterbauelement, das aus Halbleiterschichten wechselnder Dotierung aufgebaut ist. Thyristoren sind einschaltbare Bauelemente, das heißt, sie sind im Ausgangszustand nichtleitend und können durch einen kleinen Strom an der Gate-Elektrode eingeschaltet werden. Nach dem Einschalten bleibt der Thyristor auch ohne Gatestrom leitend. Ausgeschaltet wird er durch Unterschreiten eines Mindeststroms, des sogenannten Haltestroms.
-
Ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (englisch insulated-gate bipolar transistor, kurz IGBT) ist ein Halbleiterbauelement.
-
Ein Relais ist ein durch elektrischen Strom betriebener, elektromagnetisch wirkender, fernbetätigter Schalter mit mehreren Schaltstellungen. Das Relais wird über einen Steuerstromkreis aktiviert und kann weitere Stromkreise schalten.
-
Kern der Erfindung ist eine elektrische Sternschaltung mit mehreren Außenleitern, die jeweils in verschiedenen Sternpunkten zusammenschaltbar sind. Dabei erfolgt die Einstellung eines bestimmten Sternpunktes über mehrere Schalter der Sternschaltung. Dementsprechend erfolgt die Einstellung eines Sternpunktes über das Zu- bzw. Abschalten von Wicklungen. Folglich lässt sich die Windungszahl der elektrischen Schaltung reduzieren bzw. erhöhen und somit auch das von der elektrischen Schaltung erzeugte Drehmoment reduzieren bzw. erhöhen.
-
Es versteht sich, dass, insbesondere in einem Drehstromsystem, eine elektrische Schaltung bevorzugt drei Außenleiter mit jeweils einer primären Wicklung und mit jeweils einer sekundären Wicklung aufweist.
-
Ferner versteht es sich, dass die elektrische Schaltung anwendungsspezifisch auch mehr als drei Außenleiter mit jeweils einer primären Wicklung und mit jeweils einer sekundären Wicklung aufweisen kann.
-
Es versteht sich ferner, dass die elektrische Schaltung, beliebig um weitere Wicklungen, also tertiäre, quartäre etc. Wicklungen erweiterbar ist.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die elektrische Schaltung mehrere primäre Schalter zwischen den primären Wicklungen und dem ersten Sternpunkt sowie insbesondere mehrere sekundäre Schalter zwischen den sekundären Wicklungen und dem zweiten Sternpunkt auf.
-
Dabei ist es ferner zweckmäßig, wenn die Schaltung eingerichtet ist, einen primären Schalter und einen zugehörigen sekundären Schalter, also den primären Schalter und den sekundären Schalter eines Außenleiterstrangs, gleichzeitig umzuschalten. Somit lassen sich die Verluste der elektrischen Schaltung beim Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand reduzieren.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die elektrische Schaltung n primäre Wicklungen, n sekundäre Wicklungen, n -1 primäre Schalter und insbesondere n -1 sekundäre Schalter auf, wobei n eine ganze Zahl >= 3 ist. Somit lässt sich die Anzahl der Bauteile, insbesondere die Anzahl der primären bzw. der sekundären Schalter, reduzieren.
-
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass für je einen Außenleiterstrang ein primärer Schalter und insbesondere ein sekundärer Schalter vorgesehen ist, d.h. dass eine elektrische Schaltung mit n primären Wicklungen, n sekundären Wicklungen n primäre und insbesondere n sekundäre Schalter aufweist. In dieser alternativen Ausführungsform ist jeder Außenleiterstrang einzeln schaltbar.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine Kaskadierung der Schaltung auf ein von der Schaltung zu erzeugendes Drehmoment abgestimmt. Dementsprechend ist es zweckmäßig, wenn die elektrische Schaltung so viele Kaskaden aufweist wie eine elektrische Maschine, die von der elektrischen Schaltung betrieben wird, Leistungsstufen aufweist.
-
Es versteht sich, dass eine elektrische Schaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beliebig viele Kaskaden aufweisen kann, wenngleich die vorliegende Erfindung in dieser Patentanmeldung anhand einer elektrischen Schaltung mit zwei Kaskaden erläutert ist.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist eine primäre Wicklung und eine sekundäre Wicklung ein Windungszahlverhältnis auf, welches an eine erste Leistungsstufe und an eine zweite Leistungsstufe der elektrischen Schaltung angepasst ist. Aufgrund des Windungszahlverhältnisses lässt sich ein von der elektrischen Schaltung in dem ersten Zustand bzw. in dem zweiten Zustand erzeugtes Drehmoment festlegen. Dementsprechend ist die elektrische Schaltung für verschiedene Anwendungssituationen individuell anpassbar.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die primären Schalter und/oder die sekundären Schalter als Mosfet, Thyristor, IGBT und/oder als Relais ausgebildet.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die primären Schalter und/oder die sekundären Schalter einen III-V-Verbindungshalbleiter, insbesondere einen Galliumnitrid-Halbleiter auf. Bei einem III-V-Verbindungshalbleiter handelt es sich um eine Verbindung von Materialien der chemischen Hauptgruppe III (Erdmetalle/Borgruppe) und V (Stickstoff-Phosphor-Gruppe), deren Kombination die elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern besitzt.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erfolgt ein Umschalten zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand der elektrischen Schaltung in einem Stromnullpunkt. Somit lassen sich beim Umschalten zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand weitere Verluste reduzieren. Ferner lassen sich somit Induktionsspannungen beim Umschalten reduzieren.
-
Figurenliste
-
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
- 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung;
- 3 ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
-
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
-
In den Figuren der Zeichnungen sind gleiche, funktionsgleiche und gleichwirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nicht anders ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
-
1 zeigt eine elektrische Schaltung 10 in einem zweiten Zustand, in welchem mehrere Außenleiter 103, 105, 107 der elektrischen Schaltung 10 in einem zweiten Sternpunkt verbunden sind. Die elektrische Schaltung 10 umfasst dementsprechend einen ersten Außenleiter 103, einen zweiten Außenleiter 105 und einen dritten Außenleiter 107, die jeweils mit einem Wechselrichter 101 verbunden sind. Der Außenleiter 103 weist eine primäre Wicklung 12 sowie eine sekundäre Wicklung 18 auf. Die primäre Wicklung 12 und die sekundäre Wicklung 18 bilden in 1 zusammen eine Reihenschaltung 24. Der Außenleiter 105 weist eine primäre Wicklung 14 sowie eine sekundäre Wicklung 20 auf. Die primäre Wicklung 14 und die sekundäre Wicklung 20 bilden in 1 zusammen eine Reihenschaltung 26. Der Außenleiter 107 weist eine primäre Wicklung 16 sowie eine sekundäre Wicklung 22 auf. Die primäre Wicklung 16 und die sekundäre Wicklung 22 bilden in 1 zusammen eine Reihenschaltung 28.
-
Zwischen der sekundären Wicklung 18 und dem zweiten Sternpunkt 40 ist ein sekundärer Schalter 34 ausgebildet. Zwischen der sekundären Wicklung 22 und dem zweiten Sternpunkt 40 ist ein weiterer sekundärer Schalter 36 ausgebildet. Die beiden sekundären Schalter 34 und 36 sind in dem zweiten Zustand gemäß 1 geschlossen.
-
Zudem ist zwischen der primären Wicklung 12 und dem ersten Sternpunkt 38 ein primärer Schalter 30 ausgebildet. Zwischen der primären Wicklung 16 und dem ersten Sternpunkt 38 ist ein weiterer primärer Schalter 32 ausgebildet. Die beiden primären Schalter 30 und 32 sind in dem zweiten Zustand gemäß 1 geöffnet. Somit ist die Verbindung des Außenleiters 103 und des Außenleiters 107 mit dem ersten Sternpunkt geöffnet.
-
2 zeigt die elektrische Schaltung 10 gemäß 1 in dem ersten Zustand, in welchem die Außenleiter 103, 105 und 107 in dem ersten Sternpunkt 38 verbunden sind. Dementsprechend sind die primären Schalter 30 und 32 geschlossen. Somit ist der Außenleiter 103 über den geschlossenen Schalter 30 mit dem ersten Sternpunkt 38 verbunden. Ferner ist der Außenleiter 107 über den geschlossenen Schalter 32 mit dem ersten Sternpunkt 38 verbunden.
-
Die sekundären Schalter 34 und 36 verringern die Verluste der elektrischen Schaltung 10 in dem ersten Zustand, wenn die Schalter 34 und 36 in dem ersten Zustand geöffnet sind. Der Fachmann versteht jedoch, dass die sekundären Schalter 34 und 36 optional, also vorteilhaft, sind, da lediglich eine geringe Spannung an den sekundären Wicklungen 18, 20 und 22 abfällt, wenn die primären Schalter 30 und 32 sowie die sekundären Schalter 34 und 36 geschlossen sind.
-
3 zeigt eine alternative Ausführungsform einer elektrischen Schaltung 50 in einem zweiten Zustand, d.h. Außenleiter der elektrischen Schaltung 50 sind in einem zweiten Sternpunkt 40 miteinander verbunden. Die elektrische Schaltung 50 weist drei Außenleiter 103, 105 und 107 auf. Der Außenleiter 103 umfasst eine primäre Wicklung 56 sowie eine sekundäre Wicklung 58, die in einer Reihenschaltung 64 verbindbar sind. Der Außenleiter 105 umfasst eine primäre Wicklung 52 sowie eine sekundäre Wicklung 62, die in einer Reihenschaltung 66 verbindbar sind. Der Außenleiter 107 umfasst eine primäre Wicklung 54 sowie eine sekundäre Wicklung 60, die in einer Reihenschaltung 68 verbindbar sind.
-
In 3 sind die sekundären Wicklungen 58, 60 bzw. 62 jeweils mittels einer Brücke 109, 113 bzw. 111 überbrückbar. Um diese Funktionalität zu gewährleisten, weisen die Brücken 109, 111 und 113 jeweils einen Schalter 70, 72 und 74 auf. In dem zweiten Zustand der elektrischen Schaltung 50 gemäß 3 sind die Schalter 70, 72 und 74 jeweils geöffnet, sodass kein Strom durch die Brücken 109, 111 und 113 fließt und die zugehörigen primären und sekundären Wicklungen jeweils in Reihe geschalten sind. Um die Außenleiter 103, 105 und 107 in dem ersten Sternpunkt 38 zu verbinden, wird der Schalter 70, 72 bzw. 74 der Brücken 109, 111 und 113 geschlossen, sodass an den sekundären Wicklungen 58, 60 und 62 lediglich eine geringe Spannung abfällt und ein Großteil der Spannung durch die Brücken 109, 111 und 113 fließt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- elektrische Schaltung
- 12
- primäre Wicklung
- 14
- primäre Wicklung
- 16
- primäre Wicklung
- 18
- sekundäre Wicklung
- 20
- sekundäre Wicklung
- 22
- sekundäre Wicklung
- 24
- Reihenschaltung
- 26
- Reihenschaltung
- 28
- Reihenschaltung
- 30
- primärer Schalter
- 32
- primärer Schalter
- 34
- sekundärer Schalter
- 36
- sekundärer Schalter
- 38
- erster Sternpunkt
- 40
- zweiter Sternpunkt
- 50
- elektrische Schaltung
- 52
- primäre Wicklung
- 54
- primäre Wicklung
- 56
- mehrere Wicklung
- 58
- sekundäre Wicklung
- 60
- sekundäre Wicklung
- 62
- sekundäre Wicklung
- 64
- Reihenschaltung
- 66
- Reihenschaltung
- 68
- Reihenschaltung
- 70
- Schalter
- 72
- Schalter
- 74
- Schalter
- 101
- Wechselrichter
- 103
- Außenleiter
- 105
- Außenleiter
- 107
- Außenleiter
- 109
- Brücke
- 111
- Brücke
- 113
- Brücke
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008007409 A1 [0002]
