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Die Erfindung betrifft eine Gleichrichteranordnung.
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Die
US 2015/0061606 A1 zeigt einen Gleichrichter für Generatoren mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und einer Mehrzahl von passiven Gleichrichtern, welche in Reihe geschaltet sind.
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Die
US 5,952,812 A zeigt eine Induktivität oder Spule, die parallel zu Eingangsanschlüssen eines Gleichrichters geschaltet ist.
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Die
US 2010/0220501 A1 zeigt einen Gleichrichter, welcher ausgangsseitig mit zwei parallel verschalteten Wechselrichtern verbunden ist, welche Wechselrichter jeweils einen zugehörigen Transformator speisen.
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Die
EP 2 567 857 A1 zeigt eine Verschaltung aller Phasen eines Spannungswandlers durch einen Schaltmechanismus.
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Die
EP 0 660 498 A2 zeigt einen Vienna-Gleichrichter und dessen Funktionsweise.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Gleichrichteranordnung bereit zu stellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
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Eine Gleichrichteranordnung zur Gleichrichtung einer Wechselspannung in eine Gleichspannung weist mindestens vier Anschlüsse, Schaltungsanordnungen, eine Verschaltungsvorrichtung und einen Zwischenkreis auf, welcher Zwischenkreis eine erste Leitung, eine zweite Leitung und mindestens einen Kondensator zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung aufweist, welche Schaltungsanordnungen jeweils einen ersten Schaltungsanordnungsanschluss und einen zweiten Schaltungsanordnungsanschluss aufweisen, zwischen denen eine Umschaltanordnung und eine mit der Umschaltanordnung in Reihe geschaltete Spule vorgesehen sind, wobei die Reihenfolge der Umschaltanordnung und der Spule zwischen den ersten Schaltungsanordnungsanschlüssen und den zugeordneten zweiten Schaltungsanordnungsanschlüssen der Schaltungsanordnungen jeweils gleich ist, welche Umschaltanordnungen mit der ersten Leitung und mit der zweiten Leitung verschaltet sind, und welche Verschaltungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, zumindest eine erste Konfiguration und eine zweite Konfiguration zu ermöglichen, welche erste Konfiguration dazu vorgesehen ist, den Anschluss einer Wechselspannungsquelle mit einem ersten Außenleiter und einem zweiten Außenleiter zu ermöglichen, wobei die Wechselspannung am zweiten Außenleiter um 180° phasenverschoben zur Wechselspannung am ersten Außenleiter ist, wobei eine erste Anschlussgruppe mit mindestens zwei Anschlüssen der mindestens vier Anschlüsse dem ersten Außenleiter zugeordnet ist, und wobei eine zweite Anschlussgruppe mit mindestens zwei Anschlüssen der mindestens vier Anschlüsse dem zweiten Außenleiter zugeordnet ist, bei welcher ersten Konfiguration
- - bei einer vorgegebenen ersten Anzahl der Schaltungsanordnungen die ersten Schaltungsanordnungsanschlüsse mit mindestens einem der Anschlüsse der ersten Anschlussgruppe verbunden sind und die zugeordneten zweiten Schaltungsanordnungsanschlüsse mit mindestens einem der Anschlüsse der zweiten Anschlussgruppe verbunden sind,
- - bei einer vorgegebenen zweiten Anzahl der Schaltungsanordnungen die ersten Schaltungsanordnungsanschlüsse mit mindestens einem der Anschlüsse der zweiten Anschlussgruppe verbunden sind und die zugeordneten zweiten Schaltungsanordnungsanschlüsse mit mindestens einem der Anschlüsse der ersten Anschlussgruppe verbunden sind,
wobei die erste Anzahl ungleich der zweiten Anzahl ist und die erste Anzahl und zweite Anzahl größer als Null sind.
und bei welcher zweiten Konfiguration mindestens einer der Anschlüsse mit allen Schaltungsanordnungen verbunden ist.
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Das Vorsehen der Schaltungsanordnungen sowohl in beide Richtungen relativ zu der ersten und zweiten Anschlussgruppe ermöglicht bei einem Versorgungsnetz vom Typ US split phase eine deutliche Reduzierung der Rippelströme. Die unterschiedliche erste und zweite Anzahl ermöglicht eine vorteilhafte Verschaltung der Schaltungsanordnung mit einer Verschaltungsvorrichtung, die vergleichsweise wenige Schalter aufweist und trotzdem auch die zweite Konfiguration ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die vorgegebene erste Anzahl kleiner als die vorgegebene zweite Anzahl, und die Gleichrichteranordnung ist dazu ausgebildet, bei der ersten Konfiguration die Schaltungsanordnungen zumindest zeitweise derart anzusteuern, dass die elektrische Energie, die pro Schaltungsanordnung während eines vorgegebenen ersten Zeitraums in den Zwischenkreis eingespeist wird, welcher vorgegebene erste Zeitraum mindestens einer vollen Periode oder mehreren vollen Perioden des ersten Außenleiters entspricht, zumindest teilweise derart unterschiedlich ist, dass über mindestens eine der Schaltungsanordnungen, deren erster Schaltungsanordnungsanschluss mit mindestens einem der Anschlüsse der ersten Anschlussgruppe verbunden ist, mehr elektrische Energie in den Zwischenkreis eingespeist wird als über mindestens eine der Schaltungsanordnungen, deren erster Schaltungsanordnungsanschluss mit mindestens einem der Anschlüsse der zweiten Anschlussgruppe verbunden ist. Diejenige Schaltungsanordnungen, die in der Minderheit sind, werden also im Einzelnen stärker zur Energieübertragung genutzt als diejenigen Schaltungsanordnungen, die in der Mehrzahl ist. Hierdurch können bei einer nicht hälftigen Konfiguration der Schaltungsanordnungen die Rippelströme reduziert werden. Die zweite Konfiguration, die sich von der ersten Konfiguration unterscheidet, ermöglicht eine Nutzung eines Neutralleiters an allen Schaltungsanordnungen, da mindestens ein Anschluss mit allen Schaltungsanordnungen verbunden ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die vorgegebene erste Anzahl kleiner als die vorgegebene zweite Anzahl, und die Gleichrichteranordnung ist dazu ausgebildet, bei der ersten Konfiguration die Schaltungsanordnungen zumindest zeitweise derart anzusteuern, dass die elektrische Energie, die pro Schaltungsanordnung während eines vorgegebenen ersten Zeitraums in den Zwischenkreis eingespeist wird, welcher vorgegebene erste Zeitraum mindestens einer vollen Periode oder mehreren vollen Perioden des ersten Außenleiters entspricht, zumindest teilweise derart unterschiedlich ist, dass über alle Schaltungsanordnungen, deren erster Schaltungsanordnungsanschluss mit mindestens einem der Anschlüsse der ersten Anschlussgruppe verbunden ist, mehr elektrische Energie in den Zwischenkreis eingespeist wird als über mindestens eine der Schaltungsanordnungen, deren erster Schaltungsanordnungsanschluss mit mindestens einem der Anschlüsse der zweiten Anschlussgruppe verbunden ist. Hierdurch können bei einer nicht hälftigen Konfiguration der Schaltungsanordnungen die Rippelströme reduziert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die vorgegebene erste Anzahl kleiner als die vorgegebene zweite Anzahl, und die Gleichrichteranordnung ist dazu ausgebildet, bei der ersten Konfiguration die Schaltungsanordnungen zumindest zeitweise derart anzusteuern, dass die elektrische Energie, die pro Schaltungsanordnung während eines vorgegebenen ersten Zeitraums in den Zwischenkreis eingespeist wird, welcher vorgegebene erste Zeitraum mindestens einer vollen Periode oder mehreren vollen Perioden des ersten Außenleiters entspricht, zumindest teilweise derart unterschiedlich ist, dass über alle Schaltungsanordnungen, deren erster Schaltungsanordnungsanschluss mit mindestens einem der Anschlüsse der ersten Anschlussgruppe verbunden ist, mehr elektrische Energie in den Zwischenkreis eingespeist wird als über alle Schaltungsanordnungen, deren erster Schaltungsanordnungsanschluss mit mindestens einem der Anschlüsse der zweiten Anschlussgruppe verbunden ist. Hierdurch können bei einer nicht hälftigen Konfiguration der Schaltungsanordnungen die Rippelströme reduziert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist den Schaltungsanordnungen jeweils ein Stromregler zugeordnet, welcher Stromregler dazu ausgebildet ist, mindestens einen der vorgegebenen Ströme aus der Stromauswahlgruppe zu regeln, welche Stromauswahlgruppe umfasst:
- - den über die jeweilige Schaltungsanordnung (31, 32, 33, 34, 35, 36) in den Zwischenkreis (50) eingespeisten Strom,
- - den über den ersten Schaltungsanordnungsanschluss (A) fließenden Strom, und
- -den über den zweiten Schaltungsanordnungsanschluss (B) fließenden Strom.
Über einen Stromregler lässt sich die Gleichrichteranordnung sehr genau und auch bei hohen Leistungen betreiben.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Reihenfolge der Umschaltanordnung und der Spule zwischen dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss und dem zweiten Schaltungsanordnungsanschluss wie folgt:
- - erster Schaltungsanordnungsanschluss,
- - Umschaltanordnung,
- - Spule,
- - zweiter Schaltungsanordnungsanschluss.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Reihenfolge der Umschaltanordnung und der Spule zwischen dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss und dem zweiten Schaltungsanordnungsanschluss wie folgt:
- - erster Schaltungsanordnungsanschluss,
- - Spule,
- - Umschaltanordnung,
- - zweiter Schaltungsanordnungsanschluss.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verschaltungsvorrichtung dazu ausgebildet, bei der zweiten Konfiguration alle ersten Schaltungsanordnungsanschlüsse oder alle zweiten Schaltungsanordnungsanschlüsse mit einem der Anschlüsse zu verbinden. Dies ermöglicht eine Nutzung der Gleichrichteranordnung bei einem Versorgungsnetz mit Neutralleiter mit hohem Wirkungsgrad.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verschaltungsvorrichtung dazu ausgebildet, eine dritte Konfiguration zu ermöglichen, welche dritte Konfiguration der zweiten Konfiguration entspricht, wobei mindestens zwei der Anschlüsse mit allen Schaltungsanordnungen verbunden sind. Hierdurch kann bei einem einphasigen Versorgungsnetz ein erster Außenleiter mit allen Schaltungsanordnungen verbunden werden und ein zweiter Außenleiter oder ein Neutralleiter kann ebenfalls mit allen Schaltungsanordnungen verbunden werden. Die übrigen Anschlüsse können zu einem der erstgenannten Anschlüsse zugeschaltet werden oder nicht verbunden werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verschaltungsvorrichtung dazu ausgebildet, eine vierte Konfiguration zu ermöglichen, welche vierte Konfiguration der zweiten Konfiguration entspricht, wobei einer der Anschlüsse mit allen Schaltungsanordnungen verbunden ist, und mindestens drei vorgegebene Anschlüsse jeweils mit einer zugeordneten Teilmenge der Schaltungsanordnungen verbunden sind. Die Bezeichnung der vierten Konfiguration dient zur Unterscheidung von den anderen Konfigurationen und bedeutet nicht, dass es eine dritte Konfiguration geben muss. Die vierte Konfiguration ermöglicht in vorteilhafter Weise den Anschluss eines Versorgungsnetzes mit mehreren Außenleitern und einem Neutralleiter.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind bei der vierten Konfiguration die mindestens drei vorgegebenen Anschlüsse entweder alle mit mindestens einem ersten Schaltungsanordnungsanschluss oder alle mit mindestens einem zweiten Schaltungsanordnungsanschluss der zugeordneten Teilmenge der Schaltungsanordnungen verbunden. Dies ermöglicht bei jedem Außenleiter die Verwendung zweier Schaltungsanordnungen in gleicher Richtung. Da bei einer Verschaltung mit Neutralleiter eine der Richtungen einen höheren Wirkungsgrad hat, kann diese Richtung ausgewählt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Gleichrichteranordnung eine gerade Anzahl von Schaltungsanordnungen auf. Mit einer geraden Anzahl lassen sich vorteilhaft unterschiedliche Versorgungsnetz-Systeme gleichrichten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Schaltungsanordnungen mindestens zwei erste Schaltungsanordnungen und mindestens zwei zweite Schaltungsanordnungen auf, welche mindestens zwei ersten Schaltungsanordnungen jeweils über den zweiten Schaltungsanordnungsanschluss mit einem ersten Punkt elektrisch verbunden sind, welche mindestens zwei zweiten Schaltungsanordnungen jeweils über den zweiten Schaltungsanordnungsanschluss mit einem zweiten Punkt elektrisch verbunden sind, und bei welcher Gleichrichteranordnung die Verschaltungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, wahlweise eine elektrische Verbindung des ersten Punkts und des zweiten Punkts oder eine Trennung dieser elektrischen Verbindung zu ermöglichen. Diese Ausbildung der Verschaltungsvorrichtung verringert die Anzahl der für die unterschiedlichen Konfigurationen erforderlichen Schalter.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die mindestens zwei zweiten Schaltungsanordnungen mindestens vier Schaltungsanordnungen auf. Hierdurch können vier Schaltungsanordnungen mit einem Schalter verbunden oder getrennt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Gleichrichteranordnung mindestens sechs Schaltungsanordnungen auf. Mit sechs Schaltungsanordnungen lassen sich die meisten Konfigurationen für einphasige und dreiphasige Versorgungsnetze vorteilhaft realisieren. Es sind natürlich zusätzliche Schaltungsanordnungen möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist jeder erste Schaltungsanordnungsanschluss einer Schaltungsanordnung fest mit mindestens einem ersten Schaltungsanordnungsanschluss einer anderen Schaltungsanordnung verbunden, und jeder zweite Schaltungsanordnungsanschluss einer Schaltungsanordnung ist fest mit mindestens einem zweiten Schaltungsanordnungsanschluss einer anderen Schaltungsanordnung verbunden. Hierdurch wird die Anzahl der für die Verschaltungsvorrichtung erforderlichen Schalter verringert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Gleichrichteranordnung als bidirektionale Gleichrichteranordnung ausgebildet, um eine am Zwischenkreis vorgegebene Gleichspannung in eine Wechselspannung an mindestens einem der Anschlüsse umzuwandeln. Hierdurch ist über die Anschlüsse ein Energiefluss in beide Richtungen möglich, und die Gleichrichteranordnung ist vorteilhaft einsetzbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat die Umschaltvorrichtung einen ersten Umschaltvorrichtungsanschluss und einen zweiten Umschaltvorrichtungsanschluss und ist dazu ausgebildet,
- - einen Strom vom ersten Umschaltvorrichtungsanschluss oder vom zweiten Umschaltvorrichtungsanschluss zur ersten Leitung zu ermöglichen,
- - einen Strom von der zweiten Leitung zum ersten
Umschaltvorrichtungsanschluss oder zum zweiten Umschaltvorrichtungsanschluss zu ermöglichen, - - in einem ersten Umschaltvorrichtungszustand einen Strom zwischen dem ersten Umschaltvorrichtungsanschluss und dem zweiten Umschaltvorrichtungsanschluss zu verhindern, und
- - in einem zweiten Umschaltvorrichtungszustand einen Strom zwischen dem ersten Umschaltvorrichtungsanschluss und dem zweiten Umschaltvorrichtungsanschluss zu ermöglichen.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt
- 1 eine Gleichrichteranordnung mit Schaltungsanordnungen und einer Verschaltungsvorrichtung,
- 2 eine erste Ausführungsform für eine Schaltungsanordnung der Gleichrichteranordnung von 1 mit einer Umschaltanordnung,
- 3 eine zweite Ausführungsform für eine Schaltungsanordnung der Gleichrichteranordnung von 1 mit einer Umschaltanordnung,
- 4 eine erste Ausführungsform für die Umschaltanordnung von 2 oder 3,
- 5 eine zweite Ausführungsform für die Umschaltanordnung von 2 oder 3, und
- 6 eine erste Konfiguration der Verschaltungsvorrichtung von 1,
- 7 eine zweite Konfiguration der Verschaltungsvorrichtung von 1,
- 8 eine dritte Konfiguration der Verschaltungsvorrichtung von 1,
- 9 eine weitere Ausführungsform der Gleichrichteranordnung.
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Im Folgenden sind gleiche oder gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden üblicherweise nur einmal beschrieben. Die Beschreibung ist figurenübergreifend aufeinander aufbauend, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden.
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1 zeigt eine Gleichrichteranordnung 20 zur Gleichrichtung einer Wechselspannung in eine Gleichspannung. Die Gleichrichteranordnung 20 hat Anschlüsse 21, 22, 23, 24 und 25, über welche sie mit einem Versorgungsnetz 10 verbindbar ist. Die Gleichrichteranordnung 20 hat im Ausführungsbeispiel sechs Schaltungsanordnungen 31, 32, 33, 34, 35 und 36, welche jeweils einen ersten Schaltungsanordnungsanschluss A und einen zweiten Schaltungsanordnungsanschluss B aufweisen. Die Gleichrichteranordnung 20 hat einen Gleichstromzwischenkreis 50, welcher eine erste Leitung 51 (DC+), eine zweite Leitung 52 (DC-) und mindestens einen Kondensator 61, 62 zwischen der ersten Leitung 51 und der zweiten Leitung 52 aufweist. Die erste Leitung 51 und die zweite Leitung 52 sind jeweils mit den Schaltungsanordnungen 31 bis 36 verschaltet, und dies ist durch die Bezeichnung DC+ und DC- in den Schaltungsanordnungen angedeutet.
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Eine Verschaltungsvorrichtung 26 hat Schalter 221, 222, 223A, 223B, 224, 253, 254 und 255 und eine Verschaltungsvorrichtungs-Steuervorrichtung 70, über welche die Schalter 221, 222, 223A, 223B, 224, 253, 254 und 255 sowie ein Schalter 261 ansteuerbar sind. Die Verschaltungssteuervorrichtung 70 erhält bevorzugt eine Information über den Type des angeschlossenen Versorgungsnetzes 10, entweder von extern oder über eine nicht dargestellte Spannungsmessvorrichtung zur Messung eines die Spannung an den Anschlüssen 21, 22, 23, 24 charakterisierenden Signals.
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Der Anschluss 21 ist über eine Entstördrossel 211 und den Schalter 221 mit einem Punkt 131 verbunden. Der Anschluss 22 ist über eine Entstördrossel 212 und den Schalter 222 mit einem Punkt 132 verbunden. Der Anschluss 23 ist über eine Entstördrossel 213 und den Schalter 223A mit einem Punkt 133 verbunden. Der Anschluss 23 ist über die Entstördrossel 213 und den Schalter 223B mit einem Punkt 135 verbunden. Der Anschluss 24 ist über eine Entstördrossel 214 und einen Schalter 224 mit einem Punkt 134 verbunden. Die optionalen Entstördrosseln 211, 212, 213 und 214 dienen als Filter für hochfrequente Störsignale. Die Schalter 221, 222, 223A, 223B und 224 ermöglichen eine Trennung der Gleichrichteranordnung 20 vom Versorgungsnetz 10.
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Über den Anschluss 25 kann der Schutzleiter PE verbunden werden.
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Der Punkt 131 ist mit dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A der Schaltungsanordnung 31 und mit dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A der Schaltungsanordnung 32 verbunden. Zudem ist der Punkt 131 über den Schalter 253 mit dem Punkt 132 verbunden.
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Der Punkt 132 ist mit dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A der Schaltungsanordnung 33 und mit dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A der Schaltungsanordnung 34 verbunden. Zudem ist der Punkt 132 über den Schalter 254 mit dem Punkt 133 verbunden.
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Der Punkt 133 ist mit dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A der Schaltungsanordnung 35 und mit dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A der Schaltungsanordnung 36 verbunden.
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Der Punkt 135 ist mit dem zweiten Schaltungsanordnungsanschluss B der Schaltungsanordnung 33, mit dem zweiten Schaltungsanordnungsanschluss B der Schaltungsanordnung 34, mit dem zweiten Schaltungsanordnungsanschluss B der Schaltungsanordnung 35 und mit dem zweiten Schaltungsanordnungsanschluss B der Schaltungsanordnung 36 verbunden.
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Der Punkt 134 ist mit dem zweiten Schaltungsanordnungsanschluss B der Schaltungsanordnung 31 und mit dem zweiten Schaltungsanordnungsanschluss B der Schaltungsanordnung 32 verbunden. Zudem ist der Punkt 134 über den Schalter 255 mit dem Punkt 135 verbunden.
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Die erste Leitung 51 ist über den Kondensator 61 mit einem Punkt 260 verbunden, und der Punkt 260 ist über den Kondensator 62 mit der Leitung 52 verbunden. Die Kondensatoren 61, 62 werden auch als Zwischenkreiskondensatoren bezeichnet. Der Punkt 260 ist über den Schalter 261 mit dem Punkt 134 verbunden.
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2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel 31A der Schaltungsanordnung 31. Zwischen dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A und dem zweiten Schaltungsanordnungsanschluss B sind eine Spule 91 und eine Umschaltanordnung 92 in Reihe geschaltet. Die Reihenfolge zwischen dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A und dem zweiten Schaltungsanordnungsanschluss B ist wie folgt:
- - Erster Schaltungsanordnungsanschluss A
- - Spule 91
- - Umschaltanordnung 92
- - Zweiter Schaltungsanordnungsanschluss B.
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Die Umschaltanordnung 92 hat einen Anschluss 102, einen Anschluss 103, einen Anschluss 96 und einen Anschluss 97. Der Anschluss 102 ist mit der Spule 91 verbunden, der Anschluss 103 ist mit dem zweiten Schaltungsanordnungsanschluss B verbunden, der Anschluss 96 ist mit der Leitung 51 verbunden, und der Anschluss 97 ist mit der Leitung 52 verbunden.
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Die Umschaltanordnung 92 hat - schematisch angedeutet - einen Schalter 110, der unterschiedliche Verschaltungen zwischen den Anschlüssen 102, 103, 96 und 97 ermöglicht.
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Eine Steuervorrichtung 99 ist zur Kommutierung der Schaltungsanordnung 31A bzw. 31 vorgesehen, und sie ermöglicht - schematisch angedeutet die Zuführung eines beispielsweise getakteten Signals 98.
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Eine Strommessvorrichtung 121 und eine Spannungsmessvorrichtung 122 sind im Bereich des Schaltungsanordnungsanschlusses A vorgesehen. Das Signal der Strommessvorrichtung 121 wird über eine Leitung 122 der Steuervorrichtung 99 zugeführt, und das Signal der Spannungsmessvorrichtung 123 wird über eine Leitung 124 der Steuervorrichtung 99 zugeführt. Die Steuervorrichtung 99 ist als der Schaltungsanordnung 31A zugeordneter Stromregler 99 ausgebildet, welcher Stromregler 99 dazu ausgebildet ist, den über den Schaltungsanordnungsanschluss A in die jeweilige Schaltungsanordnung 31Afließenden Strom zu regeln. Dies ist vorteilhaft, da durch diese Regelung der maximal über die Anschlüsse 21, 22, 23, 24 fließende Strom begrenzt werden kann. Es ist möglich jeweils einen der Stromregler 99 für mehrere der Schaltungsanordnungen vorzusehen. Eine genauere Stromregelung für die einzelne Schaltungsanordnung ist jedoch möglich, indem jeder der Schaltungsanordnungen ein eigener Stromregler 99 zugeordnet wird.
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Es kann zusätzlich oder alternativ eine - nicht dargestellte - Strommessvorrichtung am zweiten Schaltungsanordnungsanschluss B vorgesehen sein, um den über den zweiten Schaltungsanordnungsanschluss B fließenden Strom zu regeln, und/oder eine - nicht dargestellte - Strommessvorrichtung an den Leitungen 51 und 52 vorgesehen sein, um den über die jeweilige Schaltungsanordnung 31A, 31, 32, 33, 34, 35, 36 in den Zwischenkreis 50 eingespeisten Strom zu regeln.
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Der Stromregler 99 kann zusätzlich den Zustand des Schalters 110 berücksichtigen, da dieser bestimmt, ob der Strom zwischen den Schaltungsanordnungsanschlüssen A und B oder zwischen einem der Schaltungsanordnungsanschlüsse A oder B und einer der Leitungen 51, 52 fließt. Da jeweils zwei Schalter 31, 32 bzw. 33, 34 bzw. 35, 36 in 1 parallel geschaltet sind, können diese mit dem gleichen Signal 98 der Steuervorrichtung 99 angesteuert werden. Es sind aber auch individuelle Ansteuerungen möglich.
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Die Steuervorrichtung 99 kann in bestimmten Anwendungsfällen auch als Stromsteuerung ausgebildet werden.
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Die Steuervorrichtung 99 kann dazu ausgebildet werden, die Gleichrichteranordnung 20 von 1 durch entsprechende Ansteuerung der Schaltungsanordnungen 31, 31A als bidirektionale Gleichrichteranordnung 20 auszubilden, die auch eine Wechselrichtung einer am Zwischenkreis 50 anliegenden Gleichspannung zu ermöglichen.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform 31B der Schaltungsanordnung 31, bei der die Reihenfolge der Spule 91 und der Umschaltanordnung 92 vertauscht ist. Die Reihenfolge ist somit wie folgt:
- - Erster Schaltungsanordnungsanschluss A
- - Umschaltanordnung 92
- - Spule 91
- - Zweiter Schaltungsanordnungsanschluss B
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Bevorzugt sind entweder alle Schaltungsanordnungen 31 bis 36 wie die Schaltungsanordnung 31A ausgebildet oder aber alle Schaltungsanordnungen 31 bis 36 wie die Schaltungsanordnung 31B ausgebildet.
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Durch den Stromregler 99 kann der Strom in den Schaltungsanordnungen 31 bis 36 und bevorzugt der in den Zwischenkreis 50 eingespeiste Strom geregelt werden, und der über die jeweiligen Anschlüsse 21, 22, 23, 24 von 1 fließende Strom wird hierdurch auch auf die Summe der geregelten Ströme begrenzt.
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4 zeigt beispielhaft eine Ausführungsform der Umschaltanordnung 92. Die Umschaltanordnung 92 ist wie bei einem Vienna-Gleichrichter ausgebildet.
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Die Umschaltanordnung 92 hat den ersten Umschaltanordnungsanschluss 102, den zweiten Umschaltanordnungsanschluss 113, den ersten Ausgang 96 und den zweiten Ausgang 97. Die Umschaltanordnungsanschlüsse 102, 113 können auch als Brückengleichrichteranschlüsse bezeichnet werden.
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Die Umschaltanordnung 92 weist einen Brückengleichrichter 95 und den steuerbaren Schalter 110 auf, wie dies im Folgenden näher beschrieben wird.
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Der Umschaltanordnungsanschluss 102 ist über eine Diode 103 mit einem Punkt 104 verbunden, und der Punkt 104 ist über eine Diode 105 mit dem ersten Ausgang 96 verbunden. Der Umschaltanordnungsanschluss 102 ist über eine Diode 106 mit einem Punkt 107 verbunden, und der Punkt 107 ist über eine Diode 108 mit dem zweiten Ausgang 97 verbunden. Ein steuerbarer Schalter 110 ist zwischen den Punkten 107 und 104 vorgesehen. Der Schalter 110 ist im Ausführungsbeispiel als MOSFET ausgebildet, es sind aber beispielweise auch andere elektronische Schalter wie IGBTs möglich. Der Umschaltanordnungsanschluss 113 ist über eine Diode 111 mit dem Punkt 104 und über eine Diode 112 mit dem Punkt 107 verbunden. Die Kathoden der Dioden 103, 105, 106, 108, 111, 112 sind jeweils auf der Seite zur ersten Leitung 51 hin bzw. zum ersten Ausgang 96 hin geschaltet, und die Anoden jeweils auf der Seite zur zweiten Leitung 52 hin bzw. zum zweiten Ausgang 97 hin. Die Funktionsweise des Vienna-Gleichrichters ist beispielsweise beschrieben in der
EP 0 660 498 A2 .
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Wenn der steuerbare Schalter 110 in einem ersten Zustand Z1 nichtleitend geschaltet ist, funktioniert der Brückengleichrichter 95 wie ein normaler Brückengleichrichter. Ein Strom kann von den Umschaltanordnungsanschlüssen 102, 113 über die Dioden 103, 105, 111 zum ersten Ausgang 96 fließen, und ein Strom kann vom zweiten Ausgang 97 über die Dioden 108, 106, 112 zu den Umschaltanordnungsanschlüssen 102, 113 fließen, da die entsprechenden Dioden in diese Richtungen in Durchlassrichtung geschaltet sind.
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Wenn der steuerbare Schalter 110 dagegen in einem zweiten Zustand Z2 leitend geschaltet ist, kann ein Strom vom Umschaltanordnungsanschluss 102 über die Diode 103, den steuerbaren Schalter 110 und die Diode 112 zum Umschaltanordnungsanschluss 113 fließen, oder es kann umgekehrt ein Strom vom Umschaltanordnungsanschluss 113 über die Diode 111, den steuerbaren Schalter 110 und die Diode 106 zum Umschaltanordnungsanschluss 102 fließen. Es kann jeweils weiterhin auch ein Strom von den Umschaltanordnungsanschlüssen 102 und/oder 113 zum ersten Ausgang 51, und/oder ein Strom vom zweiten Ausgang 52 zu den Umschaltanordnungsanschlüssen 102, 113 fließen.
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Ob tatsächlich ein Strom fließt, hängt von den Spannungsverhältnissen an den Umschaltanordnungsanschlüssen 102, 113 und den Ausgängen 96, 97 ab.
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Wenn die Dioden 103, 104 auf der Seite der Spule 91 angeordnet sind, können die Dioden 111, 112 schwächer ausgebildet werden als die Dioden 103, 104, da sie weniger belastet werden.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Umschaltvorrichtung 92. Diese weist ebenfalls die Umschaltanordnungsanschlüsse 102, 113, die Dioden 103, 105, 106, 108, 111 und 112 sowie die Punkte 104, 107 auf, die mit den gleichen Bezugszeichen wie in 4 versehen sind. Der Schalter 110 von 4 wurde ersetzt durch zwei Schalter 110A, 11 0B. Der Schalter 110A ist parallel zur Diode 111 geschaltet, und der Schalter 110B ist parallel zur Diode 112 geschaltet. Die Dioden 111, 112 können als integrierte Inversdioden des jeweiligen Halbleiterschalters 110A, 110B ausgebildet sein, oder als zusätzlich parallel geschaltete Diode mit bevorzugt geringer Flussspannung, beispielsweise einer Schottky-Diode. Bevorzugt wird die Spule 91 jeweils auf der Seite des Brückengleichrichteranschlusses 102 geschaltet, so dass die Dioden 103, 106 auf der Seite der Spule 91 sind. Dies ermöglicht eine Reduzierung des Stroms durch die Schalter 110A, 110B und erleichtert deren Kommutierung. Zudem können bei dieser Ausführungsform Schalter 110A, 110B ohne integrierte Inversdioden verwendet werden, beispielsweise günstige IGBT-Schalter. Es sind aber beide Varianten möglich.
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Der Schalter 110A ermöglicht im leitenden zweiten Zustand Z2 einen Stromfluss vom Punkt 104 zum Umschaltanordnungsanschluss 113, und der Schalter 110B ermöglicht im leitenden zweiten Zustand Z2 einen Stromfluss vom Umschaltanordnungsanschluss 113 zum Punkt 107.
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Im ersten nichtleitenden Zustand der Schalter 110A, 110B verhält sich die Umschaltvorrichtung 92 wie die Umschaltvorrichtung 92 von 4. Im zweiten leitenden Zustand der Schalter 110A, 110B ermöglicht die Umschaltvorrichtung 92 einen Stromfluss vom Umschaltanordnungsanschluss 102 über die Diode 103 und den Schalter 110A zum Umschaltvorrichtungsanschluss 113 bzw. einen Stromfluss vom Umschaltanordnungsanschluss 113 über den Schalter 110B und die Diode 106 zum Umschaltvorrichtungsanschluss 102. Im Gegensatz zur Ausführungsform von 4 hat diese Schaltung geringere Leitverluste, da nicht wie in 4 bei leitendem Schalter 110 zwei Dioden in Serie geschaltet sind.
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Im Gegensatz zur Umschaltvorrichtung 92 von 4 ist die Umschaltvorrichtung 92 von 5 asymmetrisch bezüglich der Umschaltvorrichtungsanschlüsse 102, 113. Der Umschaltvorrichtungsanschluss 113 kann als der Spule 91 zugeordneter Brückengleichrichteranschluss 113 vorgesehen werden, oder aber der Umschaltvorrichtungsanschluss 102. Die zweitgenannte Variante (Dioden 103, 106 und Brückengleichrichteranschluss 102 auf der Seite der Spule 91) hat die geringeren Verluste an den Schaltern 110A, 110B.
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Die Eigenschaft der Umschaltvorrichtungen 92 von 4 und 5 kann wie folgt zusammengefasst werden:
- Die Umschaltvorrichtung 92 ist dazu ausgebildet,
- - einen Strom vom Umschaltvorrichtungsanschluss 102 oder vom Umschaltvorrichtungsanschluss 113 zur Leitung 51 zu ermöglichen,
- - einen Strom von der Leitung 52 zum Umschaltvorrichtungsanschluss 102 oder zum Umschaltvorrichtungsanschluss 113 zu ermöglichen,
- - in einem ersten Umschaltvorrichtungszustand Z1 einen Strom zwischen dem Umschaltvorrichtungsanschluss 102 und dem Umschaltvorrichtungsanschluss 113 zu verhindern, und
- - in einem zweiten Umschaltvorrichtungszustand Z2 einen Strom zwischen dem Umschaltvorrichtungsanschluss 102 und dem Umschaltvorrichtungsanschluss 113 zu ermöglichen.
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Bevorzugt weist die Umschaltvorrichtung 92 einen Brückengleichrichter 103, 106, 111, 112 und mindestens einen Schalter 110 bzw. 110A, 110B auf, es sind aber auch aufwendigere Schaltungen mit Logikbausteinen möglich.
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6 zeigt beispielhaft einen möglichen Anschluss eines europäischen Drehstrom-Versorgungsnetzes 10, welches als aktive Leiter die Außenleiter (Phasen) L1, L2, L3 und einen Neutralleiter N aufweisen. Der Außenleiter L1 ist mit dem Anschluss 21 verbunden, der Außenleiter L2 mit dem Anschluss 22 und der Außenleiter L3 mit dem Anschluss 23. Der Neutralleiter N ist mit dem Anschluss 24 verbunden.
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Die Verschaltungsvorrichtung 26 ist wie folgt durch Ansteuerung der Schalter verschaltet:
- Die Schalter 221, 222, 223A, 224 und 255 sind leitend geschaltet, und die Schalter 223B, 253 und 254 sind nichtleitend geschaltet.
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Durch diese Konfiguration ergibt sich folgende Verschaltung der Anschlüsse 21 bis 24:
- Der Anschluss 21 ist mit dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A der Schaltungsanordnung 31 und mit dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A der Schaltungsanordnung 32 verbunden. Der Anschluss 22 ist mit dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A der Schaltungsanordnung 33 und mit dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A der Schaltungsanordnung 34 verbunden. Der Anschluss 23 ist mit dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A der Schaltungsanordnung 35 und mit dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A der Schaltungsanordnung 36 verbunden.
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Der Anschluss 24 ist mit den zweiten Schaltungsanordnungsanschlüssen B der Schaltungsanordnungen 31, 32, 33, 34, 35 und 36 verbunden. Es sind also alle zweiten Schaltungsanordnungsanschlüsse B mit dem Anschluss 24 verbunden.
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Der Schalter 261 ist nicht Bestandteil der Verschaltungsvorrichtung 26. Über den leitend geschalteten Schalter 261 wird der Punkt 260 des Zwischenkreises 50 mit dem Anschluss 24 und damit mit dem Neutralleiter N verbunden. Dies führt zu einer geringeren Schwankung des Potenzials am Punkt 260. Der Punkt 260 wird hierdurch auf das Potenzial des Neutralleiters N gesetzt, und die Spannung an den Kondensatoren 61, 62, die beispielsweise zwischen den Leitungen 51 und 52 800 V beträgt, wird gegenüber dem Potenzial am Neutralleiter N auf +/-400 V gehalten. Hierdurch wird bei einem Isolationsdefekt die maximale Spannung gegenüber dem Potenzial am Neutralleiter N vergleichsweise niedrig gehalten, und dies erhöht die Sicherheit. Die Gleichrichteranordnung 20 würde auch ohne den Schalter 261 funktionieren. Die geringeren Rippelströme und damit auch die geringeren Schwankungen wirken sich positiv auf die Lebensdauer des Zwischenkreises 50 aus.
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Bei der Gleichrichtung fließt der Strom hauptsächlich zwischen den Außenleitern L1, L2 und L3 an den Anschlüssen 21 bis 23. Über den Neutralleiter N am Anschluss 24 fließt dagegen kein oder nur ein vergleichsweise geringer Strom. Bei einem Drehstrom-Versorgungsnetz mit 22 kW Maximalleistung kann bspw. über die Anschlüsse 21, 22 und 23 jeweils ein Strom von maximal 32 A fließen.
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Versuche haben ergeben, dass bei einem Netz mit einem Neutralleiter N am Anschluss 24 der Wirkungsgrad und damit auch die Verlustleitung der Schaltungsanordnungen von 2 und 3 unterschiedlich groß sind, da die Bauteile der Umschaltanordnung 92 bei der Variante von 3 stärker belastet werden. Die Variante von 2 hat einen höheren Wirkungsgrad, die Spule 91 ist also vorteilhaft auf der Seite der Außenleiter L1, L2 bzw. L3, und die Umschaltanordnung 92 auf der Seite des Neutralleiters N. Bei einer Messung mit einer Ausführungsform, bei der die Schaltungsanordnungsanschlüsse A und B der Schaltungsanordnungen 32, 34 und 36 vertauscht waren, lag der Wirkungsgrad der Gleichrichteranordnung 20 bei ca. 95,6 %. Bei einer Messung mit der Gleichrichteranordnung 20 von 6 war der Wirkungsgrad auf ca. 96,5 % erhöht. Ein Wirkungsgrad von 97 % bis 98 % wird angestrebt.
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7 zeigt beispielhaft den Anschluss eines europäischen einphasigen Netzes mit einem Außenleiter L1 und einem Neutralleiter N. Der Außenleiter L1 ist an den Anschluss 21 angeschlossen, und der Neutralleiter N an den Anschluss 24. Die gewählte Konfiguration ist wie folgt:
- Die Schalter 221, 224, 253, 254 und 255 sind leitend geschaltet, und die Schalter 222, 223A und 223B sind nichtleitend geschaltet.
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Dies ergibt folgende Verschaltung:
- Der Anschluss 21 ist mit den ersten Schaltungsanordnungsanschlüssen A der Schaltungsanordnungen 31, 32, 33, 34, 35 und 36 verbunden. Es sind also alle ersten Schaltungsanordnungsanschlüsse A mit dem Anschluss 21 verbunden. Der Anschluss 24 ist mit den zweiten Schaltungsanordnungsanschlüssen B der Schaltungsanordnungen 31, 32, 33, 34, 35 und 36 verbunden. Es sind also alle zweiten Schaltungsanordnungsanschlüsse B mit dem Anschluss 24 verbunden.
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Im Ergebnis können alle Schaltungsanordnungen 31 bis 36 für die Gleichrichtung verwendet werden, und hierdurch werden die einzelnen Schaltungsanordnungen 31 bis 36 weniger beansprucht und gleichmäßiger belastet. Dies führt zu einer Erhöhung der Lebensdauer. Bei geringen Leistungen kann auch nur ein Teil der Schaltungsanordnungen 31 bis 36 genutzt werden.
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Der Schalter 261 ist leitend geschaltet, um den Neutralleiter N mit dem Punkt 260 zu verbinden.
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Bei einem einphasigen Versorgungsnetz mit einer Maximalleistung von 11 kW fließt sowohl über den Anschluss 21 als auch über den Anschluss 24 jeweils ein maximaler Strom von 48 A.
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8 zeigt den Anschluss eines Versorgungsnetzes vom Typ US split phase, welches ein einphasiges Netz mit drei Leitern ist, von denen ein erster Außenleiter als HOT1 bezeichnet wird, ein zweiter Außenleiter als HOT2 bezeichnet wird und der Schutzleiter als PE bezeichnet wird. Der Außenleiter HOT2 hat gegenüber dem Außenleiter HOT1 eine Phasenverschiebung von 180°. Es handelt sich also nicht um ein Drehstromnetz.
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In diesem Fall ist die Verschaltungsvorrichtung 26 wie folgt konfiguriert:
- Die Schalter 221, 222, 223B, 224 und 254 sind leitend geschaltet, und die Schalter 223A, 253 und 255 sind nichtleitend geschaltet.
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Der Anschluss 21 ist mit den ersten Schaltungsanordnungsanschlüssen A der Schaltungsanordnungen 31 und 32 verbunden.
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Der Anschluss 22 ist mit den ersten Schaltungsanordnungsanschlüssen A der Schaltungsanordnungen 33, 34, 35 und 36 verbunden.
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Der Anschluss 23 ist mit den zweiten Schaltungsanordnungsanschlüssen B der Schaltungsanordnungen 33, 34, 35 und 36 verbunden.
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Der Anschluss 24 ist mit den zweiten Schaltungsanordnungsanschlüssen B der Schaltungsanordnungen 31 und 32 verbunden.
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Im Ausführungsbeispiel kann der Außenleiter HOT1 an die Anschlüsse 22 und 24 angelegt werden, und der Außenleiter HOT2 kann an die Anschlüsse 21 und 23 angelegt werden. Alternativ kann der Außenleiter HOT1 an die Anschlüsse 21 und 23 angelegt werden, und der Außenleiter HOT2 kann an die Anschlüsse 21 und 23 angelegt werden.
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Im Ergebnis ergeben sich zwei Strompfade für den Strom zwischen den Außenleitern HOT1 und HOT2. Ein Strompfad verläuft zwischen dem Anschluss 21 und dem Anschluss 24 über die Schaltungsanordnungen 31 und 32. Der andere Strompfad verläuft zwischen dem Anschluss 22 und dem Anschluss 23 über die Schaltungsanordnungen 33, 34, 35 und 36.
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Die Schaltungsanordnungen 31 und 32 werden also in entgegengesetzter Richtung genutzt wie die Schaltungsanordnungen 33, 34, 35 und 36. Dies kann auch als inverse Nutzung eines Teils der Schaltungsanordnungen bezeichnet werden. Diese Ansteuerung ergibt neue Möglichkeiten gegenüber einem Vienna-Gleichrichter, da auf Grund der unterschiedlichen Position der Spulen 91 bspw. bei einer positiven Halbwelle des Außenleiters HOT1 über einen Teil der Schaltungsanordnungen in die erste Leitung 51 eingespeist werden kann und über die anderen Schaltungsanordnungen in die Leitung 52 eingespeist werden kann. Hierdurch kann eine deutliche Reduzierung der Rippelströme im Gleichstromzwischenkreis 50 erzielt werden. Eine solche Konfiguration der Schaltungsanordnungen 31 bis 36 und der Anschlüsse 21 bis 24 durch die Verschaltungsvorrichtung 26 ergibt einen so genannten Weissach-Gleichrichter.
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In Versuchen wurde ermittelt, dass die Spannungswelligkeit des Gleichrichters 20 im Gleichstromzwischenkreis 50 beim US split phase-Versorgungsnetz mit drei vorwärts genutzten Schaltungsanordnungen und drei invers genutzten Schaltungsanordnungen etwa 27 % der Spannungswelligkeit eines entsprechenden Vienna-Gleichrichters ohne Umkehr eines Teils der Schaltungsanordnungen 31 bis 36 beträgt.
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Der Schalter 261 ist nichtleitend geschaltet, da kein Neutralleiter N zur Verfügung steht.
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Bei einem Versorgungsnetz vom Typ US split phase mit einer Maximalleistung von 19,2 kW ergibt sich ein Maximalstrom von 48 A an den Anschlüssen 21 und 24 und ein Maximalstrom von 32 A an den Anschlüssen 22 und 23. Eine genauere Bezeichnung des US split phase-Netzes ist Einphasen-Zwei-Außenleiter-Netz.
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Dies ist insbesondere vorteilhaft gegenüber einer alternativen Zusammenschaltung des Anschlusses 21 mit dem Anschluss 23 und einer Zusammenschaltung des Anschlusses 22 mit dem Anschluss 24. Bei einer solchen Zusammenschaltung wäre der Maximalstrom bei den Anschlüssen 21 und 23 zusammen 80 A und bei den Anschlüssen 22 und 24 zusammen ebenfalls 80 A. Es wäre aber nicht eindeutig, wie sich der Gesamtstrom auf die einzelnen Anschlüsse aufteilt, und dies hängt beispielsweise vom Widerstand der Anschlüsse 21, 22, 23, 24 zueinander und vom Widerstand und der Anzahl der Schalter ab. Daher könnte es beispielsweise vorkommen, dass über den Anschluss 21 ein Strom von 70 A und über den Anschluss 22 ein Strom von 10 A fließt. Die Anschlüsse 21, 22, 23, 24 müssten daher für höhere Maximalströme ausgelegt werden, und dies ist technisch aufwendiger und teurer. Durch die Auftrennung der Strompfade gemäß dem Ausführungsbeispiel der 8 ist dagegen der Maximalstrom garantiert niedriger als 80 A, sofern der Strom durch die Schaltungsanordnungen entsprechend begrenzt wird.
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Im Ausführungsbeispiel sind die Anschlüsse 22 und 23 über jeweils vier Schaltungsanordnungen 33, 34, 35, 36 miteinander verbunden und die Anschlüsse 21 und 24 über jeweils zwei Schaltungsanordnungen 31, 32. Es ist auch möglich, die Verbindung jeweils über drei der Schaltungsanordnungen herzustellen, und hierdurch wird der Maximalstrom an den Anschlüssen 22 und 23 weiter gesenkt. Die Ausbildung mit jeweils drei Schaltungsanordnungen erfordert jedoch eine Verschaltungsvorrichtung 26 mit zusätzlichen Schaltern.
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Im Ausführungsbeispiel von 8 sind vier erste Schaltungsanordnungsanschlüsse A der Schaltungsanordnungen 33, 34, 35, 36 mit dem Außenleiter HOT1 verbunden und zwei erste Schaltungsanordnungsanschlüsse A der Schaltungsanordnungen 31, 33 mit dem Außenleiter HOT2 verbunden.
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Sofern über alle Schaltungsanordnungen die gleiche elektrische Energie während eines vorgegebenen ersten Zeitraums in den Zwischenkreis 50 eingespeist wird, wird auf Grund der unterschiedlichen Anzahl der vorwärts und rückwärts geschalteten Schaltungsanordnungen nicht die größtmögliche Reduzierung des Rippelstroms erzielt. Da die Außenleiter HOT1 und HOT2 einen sinusförmigen Verlauf haben, wird für die eingespeiste elektrische Energie bevorzugt ein erster Zeitraum von einer vollen Periode oder einer Mehrzahl voller Perioden gewählt. Der Strom pro Schaltungsanordnung der insgesamt sechs Schaltungsanordnungen bzw. genauer dessen Amplitude beträgt beispielsweise bei einer Gleichverteilung der Energieübertragung 12 A * 100 % / 6
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Für eine bessere Reduzierung des Rippelstroms ist es vorteilhaft, über diejenigen Schaltungsanordnungen 31, 32, die von ihrer Verschaltung her in der Minderzahl sind, mehr elektrische Energie zu übertragen als über diejenigen Schaltungsanordnungen 33, 34, 35, 36, die von ihrer Verschaltung her in der Mehrzahl sind. Der entsprechende Strom pro Schaltungsanordnung bzw. dessen Amplitude kann beispielsweise für das obige Beispiel alternativ wie folgt gewählt werden:
- Schaltungsanordnungen 31, 32: 12 A * 125 % / 6
- Schaltungsanordnungen 33, 34: 12 A * 75 % / 6
- Schaltungsanordnungen 35, 36: 12 A * 100 % / 6
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Dies würde ausnützen, dass die Schaltungsanordnungen 33, 34 einen Schalter weniger im Strompfad haben als die Schaltungsanordnungen 35, 36 und daher die Verlustleistung geringer ist.
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Eine weitere Möglichkeit der Aufteilung wäre:
- Schaltungsanordnungen 31, 32: 12 A * 150 % / 6
- Schaltungsanordnungen 33, 34: 12 A * 75 % / 6
- Schaltungsanordnungen 35, 36: 12 A * 75 % / 6
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Dies führt zu einer weiteren Reduzierung der Rippelströme, da ungefähr die Hälfte der elektrischen Energie durch vorwärts geschaltete Schaltungsanordnungen und die andere Hälfte durch rückwärts geschaltete Schaltungsanordnungen fließt. Die stärkere Belastung der Schaltungsanordnungen 31, 32 kann jedoch bei einer großen Energieübertragung zu thermischen Problemen führen.
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Eine weitere Möglichkeit der Aufteilung wäre:
- Schaltungsanordnung 31: 12 A * 130 % / 6
- Schaltungsanordnung 32: 12 A * 100 % / 6
- Schaltungsanordnung 33: 12 A * 70 % / 6
- Schaltungsanordnungen 34, 35, 36: 12 A * 100 % / 6
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Die Schaltungsanordnungen müssen also nicht paarweise die gleiche Amplitude haben.
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Im Ergebnis wird durch die Schaltungsanordnungen, die von ihrer Verschaltung her in der Minderzahl sind, pro Schaltungsanordnung mehr elektrische Energie während des ersten Zeitraums in den Zwischenkreis 50 eingespeist als durch die anderen Schaltungsanordnungen oder zumindest als durch einen Teil der anderen Schaltungsanordnungen.
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Die Verschaltungsvorrichtung 26 von 1 benötigt nur die fünf Schalter 223A, 223B, 253, 254 und 255. Die Schalter 221, 222 und 224 sind für die Verschaltung nicht erforderlich. Sie sind allerdings bevorzugt als Sicherheitsfunktion vorhanden, um eine vollständige Trennung zwischen dem Versorgungsnetz 10 und der Gleichrichteranordnung zu ermöglichen, insbesondere in einem Fehlerfall. Die Schalter 223A und 222B haben diesbezüglich eine Doppelfunktion: Vollständige Trennung und Umschaltung.
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9 zeigt eine Variante der Gleichrichteranordnung 20. Die Entstördrosseln von 1 sind nicht dargestellt.
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Die Verschaltungsvorrichtung 26 hat Schalter 271, 272, 273, 274 und 275.
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Der Anschluss 21 ist mit dem Punkt 131 verbunden. Der Anschluss 22 ist mit dem Punkt 132 verbunden. Der Anschluss 23 ist mit dem Punkt 133 verbunden. Der Anschluss 24 ist mit dem Punkt 134 verbunden.
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Über den Anschluss 25 kann der Schutzleiter PE verbunden werden.
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Der Punkt 131 ist mit dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A der Schaltungsanordnung 31 und mit dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A der Schaltungsanordnung 32 verbunden. Zudem ist der Punkt 131 über den Schalter 271 mit einem Punkt 135 verbunden und über den Schalter 272 mit dem Punkt 133.
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Der Punkt 132 ist über den Schalter 273 mit dem Punkt 135 verbunden. Der Punkt 135 ist mit dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A der Schaltungsanordnung 33 und mit dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A der Schaltungsanordnung 34 verbunden.
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Der Punkt 133 ist mit dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A der Schaltungsanordnung 35 und mit dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A der Schaltungsanordnung 36 verbunden.
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Der Punkt 134 ist mit dem zweiten Schaltungsanordnungsanschluss B der Schaltungsanordnung 31, mit dem zweiten Schaltungsanordnungsanschluss B der Schaltungsanordnung 32, mit dem zweiten Schaltungsanordnungsanschluss B der Schaltungsanordnung 33 und mit dem zweiten Schaltungsanordnungsanschluss B der Schaltungsanordnung 34 verbunden.
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Der Punkt 134 ist über den Schalter 275 mit dem Punkt 136 verbunden, und der Punkt 136 ist mit dem zweiten Schaltungsanordnungsanschluss B der Schaltungsanordnung 35 und mit dem zweiten Schaltungsanordnungsanschluss B der Schaltungsanordnung 36 verbunden.
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Der Punkt 132 ist über den Schalter 274 mit dem Punkt 136 verbunden.
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Die dargestellte Konfiguration ist für den Anschluss eines Versorgungsnetzes vom Typ US split phase mit den Außenleitern HOT1 und HOT2 vorgesehen.
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Die Schalter 271 und 274 sind leitend geschaltet, und die Schalter 272, 273, 275 sind nichtleitend geschaltet.
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Bei einem Anschluss des Außenleiters HOT2 an die Anschlüsse 21, 22 und des Außenleiters HOT1 an die Anschlüsse 23, 24 ergibt sich folgende Nutzung der Schaltungsanordnungen 31 bis 36:
- Die ersten Schaltungsanordnungsanschlüsse A der Schaltungsanordnungen 31, 32, 33, 34 sind an HOT2 am Anschluss 21 angeschlossen.
- Die zweiten Schaltungsanordnungsanschlüsse B der Schaltungsanordnungen 31, 32, 33, 34 sind an HOT1 am Anschluss 24 angeschlossen.
- Die ersten Schaltungsanordnungsanschlüsse A der Schaltungsanordnungen 35, 36 sind an HOT1 am Anschluss 23 angeschlossen.
- Die zweiten Schaltungsanordnungsanschlüsse B der Schaltungsanordnungen 35, 36 sind an HOT2 am Anschluss 22 angeschlossen.
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Für einen Anschluss eines Versorgungsnetzes mit den Außenleitern L1, L2, L3 und dem Neutralleiter N an die Anschlüsse 21, 22, 23, 24 würden die Schalter 273, 275 leitend und die Schalter 271, 272, 274 nichtleitend geschaltet werden.
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Es sind also zwei Schaltungsanordnungen 35, 36 mit dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A zu HOT1 und vier Schaltungsanordnungen 31, 32, 33, 34 mit dem ersten Schaltungsanordnungsanschluss A zu HOT2 verschaltet. Es könnte auch jeweils an den Anschlüssen 21 bis 24 HOT1 und HOT2 vertauscht werden.
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Für einen Anschluss eines Versorgungsnetzes mit den Außenleitern L1, L2, L3 und dem Neutralleiter N an die Anschlüsse 21, 22, 23, 24 würden die Schalter 273, 275 leitend und die Schalter 271, 272, 274 nichtleitend geschaltet werden.
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Für einen Anschluss eines Versorgungsnetzes mit dem Außenleiter L1 und dem Neutralleiter N an die Anschlüsse 21, 24 würden die Schalter 271, 272, 275 leitend und die Schalter 273, 274 nichtleitend geschaltet werden.
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Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.
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Den Schaltungsanordnungen 31 bis 36 kann jeweils ein - nicht dargestellter - Kondensator parallelgeschaltet werden, der als X-Kondensator als Teil eines Entstörfilters wirken kann.
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Für sehr hohe Leistungen können zusätzliche Schaltungsanordnungen 31 - 36 vorgesehen werden. Es könnten beispielsweise zwölf Schaltungsanordnungen vorgesehen werden, von denen jeweils vier parallel geschaltet sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2015/0061606 A1 [0002]
- US 5952812 A [0003]
- US 2010/0220501 A1 [0004]
- EP 2567857 A1 [0005]
- EP 0660498 A2 [0006, 0055]
