DE10214509A1 - Current converter arrangement supplying 3-phase load from single-phase network has reactive current converter with storage capacitor, power semiconductor switches, input choke parallel to capacitor - Google Patents
Current converter arrangement supplying 3-phase load from single-phase network has reactive current converter with storage capacitor, power semiconductor switches, input choke parallel to capacitorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromrichteranordnung zur Speisung einer dreiphasigen Last aus einem einphasigen Netz gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a converter arrangement for Feeding a three-phase load from a single-phase network according to the preamble of claim 1.
Eine derartige gattungsgemäße Stromrichteranordnung ist aus dem Konferenzbericht "Innovative Traction Drives for Multi- System Operation", der Konferenz "Speedam 2000", die am 13.06.2000 in Ischia, Italien, stattfand. Eine gattungsgemäße Stromrichteranordnung ist in der Fig. 1 näher dargestellt. Such a generic converter arrangement is from the conference report "Innovative Traction Drives for Multi-System Operation", the conference "Speedam 2000 ", which took place on June 13, 2000 in Ischia, Italy. A generic converter arrangement is shown in more detail in FIG. 1.
In dieser Fig. 1 ist mit 2 ein netzseitiger Stromrichter, mit 4 ein lastseitiger Stromrichter, mit 6 ein Zwischenkreiskondensator und mit 8 ein Saugkreis bezeichnet. An den Eingangsanschlüssen 10 und 12 des netzseitigen Stromrichters 2 ist ein Transformator 14 angeschlossen, an dessen Primärwicklung ein speisenden einphasiges Netz angeschlossen ist. An den Ausgangsanschlüssen 16, 18 und 20 des lastseitigen Stromrichters 4 ist eine dreiphasige Last, insbesondere ein Drehstrommotor, angeschlossen, der hier aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist. Der lastseitige Stromrichter 4 ist ein selbstgeführter sechspulsiger Stromrichter, dessen Leistungshalbleiterschalter Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT) sind. Der netzseitige Stromrichter 2 ist in dieser Darstellung ebenfalls ein selbstgeführter Pulsstromrichter, mit dessen Hilfe diese Stromrichteranordnung netzfreundlichen und rückspeisefähig ist. Ein derartiger selbstgeführter Stromrichter 2 wird auch als Vierquandrantensteller bezeichnet. Werden die Anforderungen "netzfreundlich" und "rückspeisefähig" nicht gestellt, so kann als netzseitiger Stromrichter 2 ein ungesteuerter Stromrichter verwendet werden. Als Leistungshalbleiterschalter des netzseitigen Stromrichters 2 sind ebenfalls IGBTs vorgesehen. Trotz einer Zwischenkreis- Gleichspannung von beispielsweise 3 kV ist diese Stromrichteranordnung als Zweipunkt-Schaltung ausgeführt. Eine derartige Stromrichteranordnung wird beispielsweise als Traktionsumrichter verwendet, da dort dreiphasige Lasten (Motoren in den Drehgestellen) aus einer einphasigen Versorgung (Fahrdraht) mit Energie versorgt werden. In this FIG. 1, 2 denotes a line-side converter, 4 a load-side converter, 6 an intermediate circuit capacitor and 8 a suction circuit. A transformer 14 is connected to the input connections 10 and 12 of the line-side converter 2 , to whose primary winding a feeding single-phase network is connected. A three-phase load, in particular a three-phase motor, is connected to the output connections 16 , 18 and 20 of the load-side converter 4 , which is not shown here for reasons of clarity. The load-side converter 4 is a self-commutated six-pulse converter, the power semiconductor switches of which are insulated gate bipolar transistors (IGBT). In this illustration, the line-side converter 2 is likewise a self-commutated pulse converter, with the aid of which this converter arrangement is network-friendly and capable of regeneration. Such a self-commutated converter 2 is also referred to as a four-quadrant converter. If the requirements "grid-friendly" and "regenerative" are not made, an uncontrolled converter can be used as the converter 2 on the grid side. IGBTs are also provided as the power semiconductor switch of the line-side converter 2 . Despite an intermediate circuit DC voltage of, for example, 3 kV, this converter arrangement is designed as a two-point circuit. Such a converter arrangement is used, for example, as a traction converter, since three-phase loads (motors in the bogies) are supplied with energy from a single-phase supply (contact wire).
Der von einem Triebfahrzeug aufgenommene Strom ist unter der Verwendung eines Vierquandrantenstellers als netzseitigen Stromrichter 2 im Idealfall sinusförmig und in Phase mit einer Fahrdrahtspannung (Netzspannung). Daraus ergibt sich eine pulsierende Leistungsaufnahme des Fahrzeugs mit doppelter Netzfrequenz. Die Fahrmotoren (dreiphasige Last) geben eine konstante Leistung ab, so dass ebenfalls die Leistungsaufnahme konstant sein muss. The current consumed by a locomotive is ideally sinusoidal and in phase with a contact wire voltage (mains voltage) when using a four-quadrant converter as the mains-side converter 2 . This results in a pulsating power consumption of the vehicle with twice the mains frequency. The traction motors (three-phase load) deliver a constant power, so that the power consumption must also be constant.
Bei Triebfahrzeugen mit dargestellter Stromrichteranordnung kann der Leistungsausgleich durch den Zwischenkreiskondensator 6 bewerkstelligt werden. Die Zwischenkreis-Gleichspannung enthält dann einen Wechselanteil mit doppelter Netzfrequenz. Durch einen hinreichend großen Zwischenkreiskondensator 6 und eine hinreichend hohe mittlere Zwischenkreis-Gleichspannung kann sichergestellt werden, dass der gewünschte Mindestwert der Zwischenkreis-Gleichspannung nicht unterschritten wird. In traction vehicles with a converter arrangement shown, the power equalization can be accomplished by the intermediate circuit capacitor 6 . The DC link DC voltage then contains an AC component with twice the mains frequency. A sufficiently large DC link capacitor 6 and a sufficiently high average DC link voltage can ensure that the desired minimum value of the DC link voltage is not fallen below.
Ist die Zwischenkreiskapazität, die sich auf diese Weise ergibt, zu groß, so kann ein Saugkreis 8 parallel zum Zwischenkreiskondensator 6 zum Einsatz kommen. Im stationären Fall kann dieser den Leistungsausgleich fast vollständig übernehmen, lediglich der ohmsche Widerstand im Saugkreis führt zu einer Restwelligkeit im Spannungszwischenkreis. Bei Übergangsvorgängen ergeben sich durch den Saugkreis 8 Einschwingvorgänge, die zu erheblichen Überspannungen im Zwischenkreis führen können. If the intermediate circuit capacitance resulting in this way is too large, a suction circuit 8 can be used in parallel with the intermediate circuit capacitor 6 . In the stationary case, this can almost completely take over the power equalization, only the ohmic resistance in the suction circuit leads to a residual ripple in the voltage intermediate circuit. In the case of transitional processes, the suction circuit results in 8 transient processes which can lead to considerable overvoltages in the intermediate circuit.
Aus der DE 44 41 214 A1 ist eine aktive Filterschaltung bekannt, die zur Unterstützung eines Glättungskondensators einer Gleichstromversorgung vorgesehen ist. Diese aktive Filterschaltung besteht aus zwei in Reihe geschalteten abwechselnd steuerbaren Halbleiterschaltern, wobei die Schaltstrecke eines der steuerbaren Halbleiterschalter, beispielsweise der untere Halbleiterschalter, von einer Speichereinrichtung überbrückt ist. Diese Speichereinrichtung weist eine Induktivität und eine Kapazität auf, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Elektrisch parallel zu den beiden in Reihe geschalteten Halbleiterschaltern ist noch ein Ladekondensator geschaltet. Die Funktion dieses Ladekondensators kann bei geeigneter Dimensionierung auch der Glättungskondensator der Gleichstromversorgung übernehmen. Der Ladekondensator muss jedenfalls so groß sein, dass er die Schaltströme für die Schaltung liefern kann. DE 44 41 214 A1 discloses an active filter circuit known to support a smoothing capacitor a DC power supply is provided. This active Filter circuit consists of two connected in series alternately controllable semiconductor switches, the Switching distance of one of the controllable semiconductor switches, for example the lower semiconductor switch, from a memory device is bridged. This storage device has a Inductance and a capacitance based on electrically in series are switched. Electrically parallel to the two in series switched semiconductor switches is still a charging capacitor connected. The function of this charging capacitor can suitable dimensioning of the smoothing capacitor Take over DC power supply. The charging capacitor must at least be so large that it has the switching currents for the Circuit can deliver.
Außerdem ist zur Aufbereitung der gegenphasigen Steuerpulse für die Schalter eine Steuereinrichtung vorgesehen, die ein Spannungsdetektor für den Wechselanteil der gleichgerichteten Spannung in Form eines Entkopplungskondensators aufweist. Dieser Wechselanteil wird mittels einer Vergleichseinrichtung mit einem Referenzwert verglichen. Das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung wird einem Pulsbreitenmodulator zugeführt, der aus dem Vergleichssignal und einem periodischen, bezüglich des Wechselspannungsanteils hochfrequenten, Bezugssignal pulsbreitenmodulierte Ansteuerimpulse für die steuerbaren Halbleiterschalter liefert. Zur Gewinnung gegenphasiger Ansteuerimpulse für die Schalter ist in einem der Ansteuerpfade zwischen Pulsbreitenmodulator und Schalter ein Invertierer vorgesehen. Zum Schutz gegen gleichzeitige Leitendsteuerung der Halbleiterschalter ist in mindestens einem Ansteuerpfad eine Verzögerungsschaltung vorgesehen. Diese bewirkt, dass zwischen den Ansteuerpulsen eine Mindestpausenzeit eingehalten wird. It is also used to process the counter-phase control pulses a control device is provided for the switch, the one Voltage detector for the alternating component of the rectified Has voltage in the form of a decoupling capacitor. This alternating component is determined by means of a comparison device compared to a reference value. The output signal of the The comparison device becomes a pulse width modulator supplied, which consists of the comparison signal and a periodic, high-frequency with respect to the AC voltage component, Reference signal pulse width modulated control pulses for the controllable semiconductor switch supplies. To obtain antiphase Control pulses for the switches is in one of the Control paths between pulse width modulator and switch on Inverter provided. To protect against simultaneous Control of the semiconductor switch is in at least one Control path provided a delay circuit. This causes a between the control pulses Minimum pause time is observed.
Sobald der Wechselanteil den Referenzwert, beispielsweise ein Wert einer geglätteten Gleichspannung, übersteigt, arbeitet die Filterschaltung als Tiefsetzsteller, wobei bei Unterschreiten des Referenzwertes dieser als Hochsetzsteller arbeitet. Bei Tiefsetzsteller-Betrieb wird vom Kondensator der Speichereinrichtung Energie aufgenommen, wo hingegen bei Hochsetzsteller-Betrieb Energie abgegeben wird. Die Induktivität der Speichereinrichtung wirkt dabei als Speicher- bzw. Flusswandlerdrossel. As soon as the alternating component reaches the reference value, for example a Value of a smoothed DC voltage, exceeds, works the filter circuit as a buck converter, with Falling below the reference value as a step-up converter is working. In the case of buck converter operation, the capacitor Storage device energy absorbed, where, however Step-up converter operation energy is released. The Inductance of the storage device acts as a storage or Forward converter choke.
Diese Filterschaltung ermöglicht die wirksame Unterdrückung von Wechselanteilen ohne aufwendige Glättungsmittel. Insbesondere werden keine voluminösen Drosseln und Glättungskondensator benötigt, die prinzipbedingt Verluste aufweisen. Da die Filterschaltung nur aus einem Zweipol besteht, lässt sie sich einfach in bestehende Glättungsschaltungen integrieren bzw. nachrüsten. Sie kann auf einfache Weise einen vorhandenen Glättungskondensator parallel geschaltet werden oder diesen ersetzen. This filter circuit enables effective suppression of changing parts without complex smoothing agents. In particular, no voluminous chokes and Smoothing capacitor required, which have losses due to the principle. There the filter circuit only consists of a two-pole system, let it simply integrate into existing smoothing circuits or retrofit. It can easily be one existing smoothing capacitor can be connected in parallel or replace this.
Aus der DE 196 42 596 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kompensation von Blindstromanteilen mittels einer Kompensationseinrichtung mit einem Pulsstromrichter bekannt. Der Pulsstromrichter ist gleichspannungsseitig mit wenigstens einem kapazitiven Speicher versehen, wobei dieser Pulsstromrichter wechselspannungsseitig mit einem Anpassfilter verknüpft ist. Als Anpassfilter ist ein LCL-Filter vorgesehen, der die schaltfrequenten Rückwirkungen des mehrpulsigen Pulsstromrichters reduziert. Außerdem weist der Pulsstromrichter eine Regel- und Steuereinrichtung auf, die in Abhängigkeit eines ermittelten Netzspannungs-Raumzeigers, eines ermittelten Strom-Raumzeigers, eines ermittelten Kompensationsstrom- Raumzeigers und einer Zwischenkreisspannung Steuersignale für die Leistungshalbleiterschalter des mehrpulsigen Pulsstromrichters generiert. Diese Kompensationseinrichtung ist elektrisch parallel zu einem nicht idealen Verbraucher geschaltet, der aus einem mehrphasigen Versorgungsnetz versorgt wird. Dieser nichtlineare Verbraucher verursacht Stromanteile, die nicht zur Wirkleistungsübertragung beitragen. Diese werden als Blindströme bezeichnet. DE 196 42 596 A1 describes one method and one Device for compensating reactive current components by means of a Compensation device with a pulse converter known. The pulse converter is at least on the DC voltage side a capacitive memory provided, this Pulse converter on the AC side with a matching filter is linked. An LCL filter is provided as an adaptation filter, the switching frequency repercussions of the multi-pulse Pulse converter reduced. In addition, the pulse converter a regulating and control device that depends on a determined mains voltage space vector, one determined current space vector, a determined compensation current Space vector and a DC link voltage control signals for the power semiconductor switches of the multi-pulse Pulse converter generated. This compensation device is electrically connected in parallel to a non-ideal consumer, which is supplied from a multi-phase supply network. This nonlinear consumer causes current components that do not contribute to the active power transmission. These will referred to as reactive currents.
Unter der Voraussetzung, dass die Versorgungsspannungen näherungsweise rein sinusförmige Spannungen mit konstanter Frequenz, die um 120° el. zueinander verschoben sind und konstante, identische Scheitelwerte besitzen, beinhalten diese Blindströme die Oberschwingungsströme (einschließlich eines Gleichanteils), deren Frequenz ein Vielfaches der Netzfrequenz sind, die Grundschwingungsverschiebungsblindströme, die durch die Phasenverschiebung zwischen Netzspannungsgrundschwingung und Netzstromgrundschwingung entsteht, und die Grundschwingungsunsymmetrieblindströme, die auf unsymmetrische Lasten zurückzuführen sind. Um unerwünschte Blindströme des nichtlinearen Verbrauchers vom Versorgungsnetz fernzuhalten, muss die Kompensationseinrichtung diese Anteile parallel zum Verbraucher einspeisen, so dass sich die Stromanteile der Kompensationseinrichtung am Verknüpfungspunkt mit den Blindstromanteilen des Verbrauchers aufheben. Provided that the supply voltages approximately pure sinusoidal voltages with constant Frequency that are shifted by 120 ° el. To each other and have constant, identical peak values, include these Reactive currents the harmonic currents (including one DC component) whose frequency is a multiple of Mains frequency are, the fundamental shift reactive currents that by the phase shift between Mains voltage fundamental oscillation and mains current fundamental oscillation arises, and the Fundamental oscillation unbalance currents that asymmetrical loads can be attributed. To unwanted reactive currents of the non-linear consumer from the supply network To keep away, the compensation device must keep these parts in parallel feed to the consumer so that the electricity shares of the Compensation device at the connection point with the Cancel the reactive power components of the consumer.
Durch die Parallelanbindung dieser Kompensationseinrichtung werden Spannungsschwankungen durch Blindleistung ausgeregelt. Eine derartige Kompensationseinrichtung mit einem IGBT- Pulsstromrichter wird in Energieversorgungsnetzen zur Symmetrierung der verzerrten Netzspannung verwendet, die durch nichtlineare Verbraucher erzeugt werden. Through the parallel connection of this compensation device voltage fluctuations are corrected by reactive power. Such a compensation device with an IGBT Pulse converter is used in energy supply networks Balancing the distorted line voltage used by non-linear consumers are generated.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die bekannte Stromrichteranordnung dahingehend zu verbessern, dass auftretende Leistungspendelungen kompensiert werden können. The invention is based on the object, the known To improve the converter arrangement in such a way that occurring power fluctuations can be compensated.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved with the characteristic Feature of claim 1 solved.
Dadurch, dass ein Blindleistungsstromrichter mit einem Speicherkondensator und wenigstens zwei abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern vorgesehen ist, der eingangsseitig elektrisch parallel zum Zwischenkreiskondensator geschaltet ist, wird die Leistungspendelung kompensiert, indem die Spannungsschwankungen im Spannungszwischenkreis durch Aufnahme und Abgabe von Blindleistung ausgeregelt werden. The fact that a reactive power converter with a Storage capacitor and at least two that can be switched off Power semiconductor switches is provided on the input side is electrically connected in parallel to the intermediate circuit capacitor, the power swing is compensated by the Voltage fluctuations in the voltage intermediate circuit due to recording and Output of reactive power can be corrected.
Gegenüber einer Stromrichteranordnung nur mit einem Spannungszwischenkreis ohne einen Saugkreis ergibt sich der Vorteil, dass der Spannungszwischenkreiskondensator erheblich kleiner ausgeführt werden kann. Auch die Summe aus Speicherkondensator des Blindleistungsstromrichters und Zwischenkreiskondensator ist kleiner als ohne Blindleistungsstromrichter, da am Zwischenkreiskondensator nun eine erheblich höhere Spannungswelligkeit zulässig ist. Compared to a converter arrangement with only one Voltage intermediate circuit without a suction circuit results in Advantage that the voltage link capacitor significantly can be made smaller. Even the sum of Storage capacitor of the reactive power converter and DC link capacitor is smaller than without Reactive power converter, since there is now a significant change in the DC link capacitor higher voltage ripple is permissible.
Gegenüber einer Stromrichteranordnung mit einem Spannungszwischenkreis und einem Saugkreis ergibt sich der Vorteil, dass einerseits die Drossel des Blindleistungsstromrichters gegenüber der Saugkreisdrossel erheblich kleiner und damit kostengünstiger ausgeführt werden kann, und andererseits die auftretenden Einschwingvorgänge des Saugkreises vermieden werden können. Dadurch können Schutzeinrichtungen, die bei diesen Einschwingvorgängen die entstehende Überspannung im Spannungszwischenkreis der Stromrichteranordnung begrenzt, entfallen. Compared to a converter arrangement with a Voltage intermediate circuit and a suction circuit gives the advantage that on the one hand the choke of the reactive power converter compared to the suction circuit throttle significantly smaller and therefore can be carried out more cost-effectively, and on the other hand the occurring settling processes of the suction circuit can be avoided can. This allows protective devices to work with these Transients the resulting overvoltage in Voltage intermediate circuit of the converter arrangement limited, omitted.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Stromrichteranordnung weist der Blindleistungsstromrichter zwei in Reihe geschaltete abschaltbare Leistungshalbleiterschalter, eine Drossel und einen Speicherkondensator auf, der elektrisch parallel zur Reihenschaltung geschaltet ist, wobei die Drossel an einem Verbindungspunkt dieser beiden abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter angeschlossen ist. Da bei dieser Ausführungsform die Drossel direkt mit dem Spannungszwischenkreis verbunden ist, ist der Kompensationsstrom wesentlich besser geglättet. Außerdem ist diese Drossel bei einem Ausfall eines der beiden Leistungshalbleiterschalter des Blindleistungsstromrichters im Kurzschlusspfad, so dass ein entstehender Kurzschlussstrom ausreichend begrenzt wird. In an advantageous embodiment of the The reactive power converter has two converters in series switched off switchable power semiconductor switches, one Inductor and a storage capacitor that is electrical is connected in parallel to the series circuit, the choke can be switched off at a connection point between these two Power semiconductor switch is connected. Because with this Embodiment the throttle directly with the DC link is connected, the compensation current is essential better smoothed. In addition, this throttle is with you Failure of one of the two power semiconductor switches of the Reactive power converter in the short circuit path, so that a resulting short-circuit current is sufficiently limited.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Stromrichteranordnung weist der Blindleistungsstromrichter vier in Reihe geschaltete abschaltbare Leistungshalbleiterschalter, zwei Drosseln und zwei in Reihe geschaltete Speicherkondensatoren auf, die elektrisch parallel zur Reihenschaltung der Leistungshalbleiterschalter geschaltet sind, wobei ein Verbindungspunkt der beiden in Reihe geschalteten Speicherkondensatoren mit einem Verbindungspunkt der beiden Reihenschaltungen der abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter und jeweils eine Drossel mit einem Verbindungspunkt zweier in Reihe geschalteter Leistungshalbleiterschalter verbunden sind. Durch diese Ausgestaltung des Blindleistungsstromrichters können abschaltbare Leistungshalbleiterschalter der gleichen Spannungsklasse wie im lastseitigen Stromrichter eingesetzt werden. D. h., dass auf dem Kühlkörper der Leistungshalbleiterschalter des lastseitigen Stromrichters nur zwei weitere Brückenzweige montiert werden müssen. Dadurch vereinfacht sich der Aufbau des Blindleistungsstromrichters wesentlich. In a further advantageous embodiment of the The reactive power converter has four converters Series of disconnectable power semiconductor switches, two chokes and two in series Storage capacitors that are electrically parallel to the series connection of the Power semiconductor switches are switched, with a Connection point of the two connected in series Storage capacitors with a connection point between the two Series connections of the switchable power semiconductor switches and one choke each with a connection point of two in series switched power semiconductor switch are connected. This configuration of the reactive power converter can switch off power semiconductor switches of the same Voltage class as used in the load-side converter become. This means that on the heat sink the Power semiconductor switch of the load-side converter only two more Bridge branches must be installed. This makes it easier the structure of the reactive power converter is essential.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Stromrichteranordnung sind den Unteransprüchen 4 bis 9 zu entnehmen. Advantageous configurations of the converter arrangement are the subclaims 4 to 9.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der zwei Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Stromrichteranordnung schematisch veranschaulicht sind. To further explain the invention, reference is made to the drawing Reference is made in the two embodiments to one Converter arrangement according to the invention schematically are illustrated.
Fig. 1 zeigt ein Ersatzschaltbild einer gattungsgemäßen Stromrichteranordnung, die Fig. 1 shows an equivalent circuit diagram of a generic converter arrangement, the
Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Stromrichteranordnung nach der Erfindung und die Fig. 2 shows a first embodiment of a converter arrangement according to the invention and
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromrichteranordnung. Fig. 3 shows a second embodiment of the power converter arrangement according to the invention.
Die Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Stromrichteranordnung nach der Erfindung. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind der lastseitige Stromrichter 4 und der Saugkreis 8der bekannten Stromrichteranordnung nach Fig. 1 hier nicht dargestellt. Das gilt ebenso für die zweite Ausführungsform, die in Fig. 3 näher dargestellt ist. Die erfindungsgemäße Stromrichteranordnung unterscheidet sich von der bekannten Anordnung gemäß Fig. 1 dadurch, dass ein Blindleistungsstromrichter 22 elektrisch parallel zum Zwischenkreiskondensator der Stromrichteranordnung geschaltet ist. Dieser Blindleistungsstromrichter 22 weist einen Speicherkondensator 24, eine Drossel 26 und zwei Leistungshalbleiterschalter 28 und 30 auf. Diese beiden Leistungshalbleiterschalter 28 und 30 sind elektrisch in Reihe geschaltet. Elektrisch parallel zu dieser Reihenschaltung ist der Speicherkondensator 24 geschaltet. Ein Verbindungspunkt 32 dieser beiden Leistungshalbleiterschalter 28 und 30 ist mit einem Anschluss der Drossel 26 verbunden, deren anderer Anschluss mit einem Anschluss des Zwischenkreiskondensators 6 verknüpft ist, an dem ein positives Potential ansteht. Die Anschlüsse des Zwischenkreiskondensators 6 und des Blindleistungsstromrichters 22 mit negativem Potential sind miteinander direkt verbunden. Fig. 2 shows a first embodiment of a power converter arrangement according to the invention. For reasons of clarity, the load-side converter 4 and the suction circuit 8 of the known converter arrangement according to FIG. 1 are not shown here. This also applies to the second embodiment, which is shown in more detail in FIG. 3. The converter arrangement according to the invention differs from the known arrangement according to FIG. 1 in that a reactive power converter 22 is electrically connected in parallel to the intermediate circuit capacitor of the converter arrangement. This reactive power converter 22 has a storage capacitor 24 , a choke 26 and two power semiconductor switches 28 and 30 . These two power semiconductor switches 28 and 30 are electrically connected in series. The storage capacitor 24 is connected electrically in parallel with this series connection. A connection point 32 of these two power semiconductor switches 28 and 30 is connected to a connection of the choke 26 , the other connection of which is linked to a connection of the intermediate circuit capacitor 6 , at which a positive potential is present. The connections of the intermediate circuit capacitor 6 and the reactive power converter 22 with negative potential are directly connected to one another.
Als Leistungshalbleiterschalter 28 und 30 sind abschaltbare Halbleiterschalter vorgesehen, damit zur Ausregelung von Spannungsschwankungen im Spannungszwischenkreis der Stromrichteranordnung kapazitiver Blindstrom vom Speicherkondensator 24 in den Zwischenkreiskondensator 6 bzw. von dort in den Speicherkondensator 24 fließen kann. Als abschaltbare Leistungshalbleiterschalter 28 und 30 sind beispielsweise Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren, auch als IGBT bezeichnet, vorgesehen. Der Vorteil dieser Halbleiterschalter liegt darin, dass sie keine Schutzbeschaltung benötigen. Außerdem liegt es nahe, Halbleiterschalter zu verwenden, die bereits beim netz- und/oder lastseitigen Stromrichter der Stromrichteranordnung verwendet werden. Damit ein kapazitiver Strom aus dem Speicherkondensator 24 in den Zwischenkreiskondensator 6 fließen kann, muss die Spannung am Speicherkondensator 24 immer größer sein als die Spannung am Zwischenkreiskondensator 6. Da der Verbindungspunkt 32, der den einen Ausgangsanschluss des Blindleistungsstromrichters 22 bildet, mittels der Drossel 26 mit einem positiven Anschluss des Zwischenkreiskondensators 6 verbunden ist, wird der Ausgangsstrom dieses Blindleistungsstromrichters 22 geglättet. Switchable semiconductor switches are provided as power semiconductor switches 28 and 30 , so that capacitive reactive current can flow from the storage capacitor 24 into the intermediate circuit capacitor 6 or from there into the storage capacitor 24 to regulate voltage fluctuations in the voltage intermediate circuit of the converter arrangement. For example, insulated gate bipolar transistors, also referred to as IGBT, are provided as power semiconductor switches 28 and 30 that can be switched off. The advantage of these semiconductor switches is that they do not require a protective circuit. In addition, it makes sense to use semiconductor switches that are already used in the line and / or load-side converter of the converter arrangement. In order for a capacitive current to flow from the storage capacitor 24 into the intermediate circuit capacitor 6 , the voltage at the storage capacitor 24 must always be greater than the voltage at the intermediate circuit capacitor 6 . Since the connection point 32 , which forms the one output connection of the reactive power converter 22 , is connected by means of the choke 26 to a positive connection of the intermediate circuit capacitor 6 , the output current of this reactive power converter 22 is smoothed.
In der Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform eines Blindleistungsstromrichters 22 näher dargestellt. Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nach Fig. 2 dadurch, dass der Speicherkondensator 24 in zwei Teilspeicherkondensatoren 24 1 und 24 2 aufgeteilt ist. Jedem Teilspeicherkondensator 24 1 und 24 2 ist eine Reihenschaltung zweier abschaltbarer Leistungshalbleiterschalter 28 1, 30 1 und 28 2, 30 2 elektrisch parallel geschaltet. Jeweils ein Verbindungspunkt 32 1 bzw. 32 2 zweier elektrisch in Reihe geschalteten Leistungshalbleiterschalter 28 1, 30 1 bzw. 28 2, 30 2 ist mit einem Anschluss einer Drossel 26 1 bzw. 26 2 elektrisch leitend verbunden, wobei ein zweiter Anschluss der Drossel 26 1 mit einem positiven Anschluss und ein zweiter Anschluss der Drossel 26 2 mit einem negativen Anschluss des Zwischenkreiskondensators 6 verknüpft sind. Ein Verbindungspunkt 34 der beiden Reihenschaltungen der Leistungshalbleiterschalter 28 1, 30 1 und 28 2, 30 2 und ein Verbindungspunkt 36 der beiden Teilspeicherkondensatoren 24 1 und 24 2 sind direkt miteinander elektrisch leitend verbunden. Der Vorteil dieser Ausführungsform des Blindleistungsstromrichters 22 liegt darin, dass nun Leistungshalbleiterschalter 28 1, 28 2, 30 1 und 30 2 der gleichen Spannungsklasse wie im lastseitigen Stromrichter 4 verwendet werden können. In the Fig. 3 shows a second embodiment of a reactive power converter is shown in detail 22nd This second embodiment differs from the first embodiment according to FIG. 2 in that the storage capacitor 24 is divided into two partial storage capacitors 24 1 and 24 2 . Each partial storage capacitor 24 1 and 24 2 is electrically connected in series with two power semiconductor switches 28 1 , 30 1 and 28 2 , 30 2 that can be switched off. In each case one connection point 32 1 or 32 2 of two power semiconductor switches 28 1 , 30 1 or 28 2 , 30 2 which are electrically connected in series is electrically conductively connected to a connection of a choke 26 1 or 26 2 , a second connection of the choke 26 1 are connected to a positive connection and a second connection of the choke 26 2 to a negative connection of the intermediate circuit capacitor 6 . A connection point 34 of the two series connections of the power semiconductor switches 28 1 , 30 1 and 28 2 , 30 2 and a connection point 36 of the two partial storage capacitors 24 1 and 24 2 are electrically conductively connected to one another. The advantage of this embodiment of the reactive power converter 22 is that power semiconductor switches 28 1 , 28 2 , 30 1 and 30 2 of the same voltage class as in the load-side converter 4 can now be used.
Bei den beiden Ausführungsformen gemäß den Fig. 2 und 3 ist aus Übersichtlichkeitsgründen jeweils der Saugkreis 8 nicht dargestellt. Der Blindleistungsstromrichter 22 kann jedoch auch bei einer Stromrichteranordnung mit einem Saugkreis 8 verwendet werden. Durch die Verwendung eines Saugkreises 8 kann die Drossel 26 bzw. die Drosseln 26 1 und 26 2 erheblich kleiner und damit kostengünstiger ausgeführt werden. Neben den Leistungspendelungen können mit dem Blindleistungsstromrichter 22 auch die auftretenden Einschwingvorgänge des Saugkreises 8, die Überspannungen im Spannungszwischenkreis verursachen, vermieden werden. Dadurch werden die bisher verwendeten Schutzeinrichtungen zur Begrenzung dieser Überspannung im Spannungszwischenkreis der Stromrichteranordnung nicht mehr benötigt. In the two embodiments according to FIGS. 2 and 3, the suction circuit 8 is not shown for reasons of clarity. However, the reactive power converter 22 can also be used in a converter arrangement with a suction circuit 8 . By using a suction circuit 8 , the throttle 26 or the throttles 26 1 and 26 2 can be made considerably smaller and thus less expensive. In addition to the power fluctuations, the reactive power converter 22 can also avoid the settling processes occurring in the suction circuit 8 , which cause overvoltages in the voltage intermediate circuit. As a result, the protective devices used to limit this overvoltage in the voltage intermediate circuit of the converter arrangement are no longer required.
Mit der Verwendung eines Blindleistungsstromrichters 22 in einer Stromrichteranordnung zur Speisung einer dreiphasigen Last aus einem einphasigen Netz kann einerseits der Zwischenkreiskondensator 6 erheblich verkleinert werden, wodurch dessen Platzbedarf erheblich sinkt, und es werden keine Schutzeinrichtungen infolge der Verwendung eines Saugkreises 8 mehr benötigt, und andererseits werden die auftretenden Leistungspendelungen ausgeregelt. Dabei werden die abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter 28, 30 bzw. 28 1, 30 1 und 28 2, 30 2 derart gesteuert, dass die Summe des Netzstromes, des Laststromes und des Stromes des Blindleistungsstromrichters 22 Null ist. Neben den erwähnten Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren als abschaltbare Leistungshalbleiterschalter 28, 30 bzw. 28 1, 30 1 und 28 2, 30 2 des Blindleistungsstromrichters 22 können auch andere abschaltbare Leistungshalbleiterschalter wie abschaltbare Thyristoren (Gate-Turn-Off-Thyristoren), Feldeffekttransistoren (FET), insbesondere Metalloxidschicht-Feldeffekttransistoren (MOSFET) oder bipolare Junction-Transistoren (BJT) Verwendet werden. Welcher abschaltbare Leistungshalbleiter verwendet wird, bleibt dem Fachmann überlassen, wobei es als naheliegend erscheint, dass die abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter 28, 30, 20 1, 30 1 und 28 2, 30 2 des Blindleistungsstromrichters 22 zumindestens den des lastseitigen Stromrichters 4 der Stromrichteranordnung entspricht. With the use of a reactive power converter 22 in a converter arrangement for supplying a three-phase load from a single-phase network, on the one hand the intermediate circuit capacitor 6 can be considerably reduced, whereby its space requirement is significantly reduced, and no protective devices due to the use of a suction circuit 8 are required, and on the other hand the occurring fluctuations in performance are corrected. The switchable power semiconductor switches 28 , 30 and 28 1 , 30 1 and 28 2 , 30 2 are controlled such that the sum of the mains current, the load current and the current of the reactive power converter 22 is zero. In addition to the insulated gate bipolar transistors mentioned as switchable power semiconductor switches 28 , 30 or 28 1 , 30 1 and 28 2 , 30 2 of the reactive power converter 22 , other switchable power semiconductor switches such as switchable thyristors (gate turn-off thyristors), Field effect transistors (FET), in particular metal oxide layer field effect transistors (MOSFET) or bipolar junction transistors (BJT) are used. Which switchable power semiconductor is used is left to the person skilled in the art, it being obvious that the switchable power semiconductor switches 28 , 30 , 20 1 , 30 1 and 28 2 , 30 2 of the reactive power converter 22 correspond at least to those of the load-side converter 4 of the converter arrangement.
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