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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Netzfilter- und Stromversorgungseinrichtung
für einen
Gleichspannungszwischenkreis-Umrichter
ohne Elektrolyt-Kondensator mit netzseitigen Wechselspannungs-Kondensatoren.
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Durch
den zunehmenden Einsatz von Frequenzumrichtern stellen Netzrückwirkungen
ein zunehmendes Problem dar. Daher ist es üblich beispielsweise die 5.
Harmonische des Stromes zu begrenzen. Netzrückwirkungen bei Frequenzumrichtern
entstehen vorwiegend durch den Zwischenkreiskondensator, hervorgerufen
durch die Strom-Nachladung in der Spannungsspitze einer Halbwelle.
Um diese Netzrückwirkungen
zu reduzieren, ist ein zusätzlicher
Einbau von Drosseln, entweder im Zwischenkreis oder am Eingang des
Frequenzumrichters, von Nöten.
Der Vorteil von zusätzlichen
Drosseln besteht darin, dass eine sehr hohe Zwischenkreis-Gleichspannung
mit einer sehr geringen Spannungswelligkeit erreicht wird. Die dämpfende
Wirkung der Drosseln reduziert die Netzrückwirkungen und erhöht die Lebensdauer
des Elektrolyt-Kondensators des Frequenzumrichters. Außerdem verbessert
sich die Spannungsfestigkeit des Frequenzumrichters. Nachteilig
wirkt sich der erhöhte
Platzbedarf für
den Frequenzumrichter aus. Außerdem
ist eine Drossel, insbesondere eine Netzdrossel, teuer, schwer und
verursacht Verluste, die den Frequenzumrichter unnötig vergrößern.
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Um
die Nachteile zusätzlicher
Drosseln nicht in Kauf nehmen zu müssen, ist man dazu übergegangen,
Frequenzumrichter mit reduziertem Zwischenkreis anzubieten. Bei
einem derartigen Frequenzumrichter mit einem sogenannten schlanken
Zwischenkreis wird die Kapazität
des Kondensators im Zwischenkreis herabgesetzt, was eine hohe Welligkeit der
Zwischenkreisspannung zu Folge hat. Damit die Welligkeit der Zwischenkreisspannung
nicht auf die Qualität
einer Drehzahlregelung eines Motors auswirken kann, wird der Wechselrichter
des Frequenzumrichters mit einem ZK-spannungskompensierten Pulsweitenmodulationsverfahren
(PWM-Verfahren) betrieben. Mittels diesem PWM-Verfahren wird die pulsierende
Zwischenkreisspannung durch eine Verkürzung bzw. Verlängerung
einer jeden Pulsdauer kompensiert. Bei einem Frequenzumrichter mit
einem sogenannten schlanken Zwischenkreis weist dieser immer noch
einen Elektrolyt-Kondensator auf, dessen Kapazitätswert ein paar Prozente eines
herkömmlichen
Elektrolyt-Kondensators eines Spannungszwischenkreises eines Frequenzumrichters noch
sein kann.
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Aus
der Veröffentlichung "Fundamental Frequency
Front End Converter (F3E) – a DC-link
drive converter without electrolytic capacitor", abgedruckt im Konferenzband der Konferenz "PCIM 2003", Nürnberg,
Mai 2003, ist ein Frequenzumrichter bekannt, der keinen Elektrolyt-Kondensator
im Gleichspannungszwischenkreis mehr aufweist. Bei diesem Umrichter
sind die für
einen Umrichterbetrieb notwendigen Kapazitäten komplett auf die Netzseite
verschoben. Damit sind die Filtereigenschaften fest definiert. Der
aktive Gleichrichter weist einen Diodengleichrichter auf, dessen
Dioden jeweils ein abschaltbarer Halbleiterschalter antiparallel
geschaltet ist. Diese abschaltbaren Halbleiterschalter sind jeweils während der
Stromführungszeit
der zugehörigen
Dioden, die durch die natürlichen
Kommutierungszeitpunkte bestimmt sind, leitend geschaltet. Somit
ist dieser aktive Gleichrichter jederzeit rückspeisefähig.
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Da
ein Umrichter mit reduziertem Zwischenkreis bei bestimmter Netzimpedanz
zur Resonanz neigt, sind Netzdrosseln vorgesehen, die den Resonanzpunkt
in einen unkritischen Frequenzbereich verschieben. Da dies auch
nicht immer zur Zufriedenheit der Betreiber eines derartigen Frequenzumrichters
half, wurden die Netzdrosseln zusätzlich bedämpft.
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Auch
bei diesem sogenannten F3E-Umrichter beanspruchen die Netzdrosseln
einen Platzbedarf, der nicht vernachlässigbar ist. Außerdem sind diese
Netzdrosseln nicht unentgeltlich zu haben. Für eine Stromversorgung für Hilfsschaltungen,
wie eine Steuerelektronik des Umrichters, die aus der Zwischenkreisspannung
abgeleitet wird, wird im Zwischenkreis immer noch ein Kondensator
mit einer kleinen Kapazität
benötigt.
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Aus
der
DE 199 13 634
C2 ist eine Vorrichtung zur Steuerung abschaltbarer Halbleiterschalter eines
netzseitigen Stromrichters eines Spannungszwischenkreis-Umrichters
ohne Elektrolyt-Kondensatoren im Spannungszwischenkreis mit netzseitigen Wechselspannungs-Kondensatoren
bekannt. Da diese Vorrichtung für
die Brückenhälfte des
netzseitigen Stromrichtrers jeweils eine Einrichtung zur Generierung
von Steuersignalen aufweist, wird pro Halbleiterschalter nur ein
Komparatorpaar in Form zweier ausgangsseitig parallel geschalteter
Komparatoren benötigt.
Durch die eingangsseitig Verschaltung der Komparatorenpaare der
beiden Einrichtungen reduziert sich die Anzahl der benötigten Widerstände auf drei.
Dadurch ist der benötigte
Platz für
jede Einrichtung der Vorrichtung und deren Verdrahtungsaufwand minimal.
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Aus
der
DE 197 54 239
A1 ist ein Kondensatornetzteil bekannt, das einen Ladekondensator
zum Aufladen eines Speicherkondensators, von welchem die Ausgangsspannung
zum Betreiben eines Stromverbrauchers abgreifbar ist, aufweist.
Zwischen diesem Ladekondensator und dem Speicherkondensator ist
ein Schaltmittel angeordnet. Dieses Schaltmittel ist steuerseitig
mit einem Schaltzeitbestimmungsglied und mit einem Ladezustandsbestimmungsglied verknüpft. Das
Schaltzeitpunktbestimmungsglied bestimmt in Abhängigkeit von der Phase der
ausgangsseitig am Ladekondensator anliegenden Spannung einen Schaltzeitpunkt.
Der Ladezustand des Speicherkondensators wird mit dem Ladezustandsbestimmungsglied
erfasst. Damit kann der durch den Ladekondensator fließende Strom
zur Ladung des Speicherkondensators freigegeben oder unterbrochen
werden, wodurch der Speicherkondensator in Abhängigkeit seines Ladezustands nachgeladen werden
kann. Durch diese Maßnahme
ist die Stabilität
der Ausgangsspannung bei gleichzeitig geringer Verlustleistung bei
Lastabwurf verwirklicht.
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Der
Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Netzfilter- und Stromversorgungseinrichtung für einen
Gleichspannungszwischenkreis-Umrichter mit reduziertem Zwischenkreis
anzugeben, wodurch keine zusätzlichen
Netzdrosseln und kein Elektrolyt-Kondensator für den Umrichter mehr benötigt werden.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.
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Dadurch,
dass die netzseitigen Wechselspannungs-Kondensatoren jeweils mit
einem netzabgewandten Anschluss mittels Entkopplungsdioden einerseits
mit einem Anschluss eines Speicherkondensators und andererseits
mit einem abschaltbaren Halbleiterschalter elektrisch leitend verbunden
sind, können
diese bei einer Filter- und einer Stromversorgungseinrichtung verwendet
werden. Welche Funktion ausgeführt
wird, hängt
vom Schaltzustand der korrespondierenden abschaltbaren Halbleiterschalter ab.
Die korrespondierenden Schaltzustände werden in Abhängigkeit
der Potentialverläufe
der Netzspannung des speisenden Netzes und in Abhängigkeit
eines vorbestimmten Wertes für
eine Versorgungsspannung abgeleitet. Durch die Verwendung dieser erfindungsgemäßen Netzfilter-
und Stromversorgungseinrichtung bei einem Gleichspannungszwischenkreis-Umrichter kann auf
zusätzliche
Netzdrosseln und auf einen reduzierten Zwischenkreis-Kondensator
verzichtet werden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Netzfilter- und Stromversorgungseinrichtung ist jedem Wechselspannungs- Kondensator netzseitig
ein Dämpfungswiderstand
vorgeschaltet. Dadurch werden auftretende Resonanzen bedämpft.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Netzfilter-
und Stromversorgungseinrichtung ist jeweils als Steuereinrichtung
der abschaltbaren Halbleiterschalter eine Komparatorschaltung vorgesehen.
Da nur zu bestimmten Zeiten die abschaltbaren Halbleiterschalter getaktet
werden, damit am Speicherkondensator eine vorbestimmte Spannung
als Versorgungsspannung abfällt,
werden mehrere Komparatoren benötigt,
die logisch miteinander verknüpft
sind. Somit erhält
man jeweils eine besonders einfach aufgebaute Steuereinrichtung
für die
abschaltbaren Halbleiterschalter.
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Zur
weiteren Erläuterung
der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Netzfilter- und
Stromversorgungseinrichtung schematisch veranschaulicht ist.
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1 zeigt
einen bekannten Gleichspannungszwischenkreis-Umrichter ohne Elektrolyt-Kondensator,
in der
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2 ist
eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Netzfilter-
und Stromversorgungseinrichtung veranschaulicht, die
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3 zeigt
in einem Diagramm über
der Zeit t die Netzspannungen eines speisenden Netzes des Umrichters
und in der
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4 ist
in einem Diagramm über
der Zeit t die Steuersignale der abschaltbaren Halbleiterschalter
der Netzfilter- und
Stromversorgungseinrichtung nach 2 dargestellt.
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Die 1 zeigt
ein Blockschaltbild eines Gleichspannungszwischenkreis-Umrichters 2,
der aus der eingangs genannten Veröffentlichung bekannt ist. Dieser
Umrichter 2 weist lastseitig als Wechselrichter einen herkömmlichen
selbstgeführten
Pulsstromrichter 4 und netzseitig einen aktiven Gleichrichter 6 auf,
der aus einem Diodengleichrichter besteht, dessen Dio den D1, ...,
D6 jeweils ein abschaltbarer Halbleiterschalter T1, ..., T6 antiparallel geschaltet
ist.
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Der
netzseitige selbstgeführte
Pulsstromrichter 6 weist gleichspannungsseitig einen Kondensator
CDC mit einem niedrigen Kapazitätswert auf,
der für
eine Stromversorgung von Hilfsschaltungen, beispielsweise für eine Elektronik
des Pulsstromrichters 6, genutzt wird. Diese Elektronik
weist einen Raumzeigermodulator 8 und mehrere Kennliniengeber 10, 12 und 14 auf.
Die an dem Kondensator CDC abfallende Spannung
uDC ist dem Raumzeigermodulator 8 zugeführt. Wie
eingangs bereits erwähnt,
weist bei diesem sogenannten F3E-Umrichter die Zwischenkreisgleichspannung
uDC eine sehr hohe Welligkeit auf, die mittels
einer ZK-spannungskompensierten PWM-Modulation kompensiert werden
kann. Dazu muss diese wellige Zwischenkreisspannung uDC dem Modulator 8 zugeführt werden.
An den Ausgängen
U, V und W des lastseitigen Pulsstromrichters 4 wird ein anzutreibender
Motor, der hier nicht näher
dargestellt ist, angeschlossen.
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Der
aktive Gleichrichter 6 weist netzseitig Wechselspannungs-Kondensatoren CF, insbesondere Folienkondensatoren, auf,
die hier elektrisch in Dreieck geschaltet sind. Die für einen
Umrichterbetrieb notwendigen Kapazitäten sind komplett in die Wechselspannungs-Kondensatoren
CF verschoben. Die abschaltbaren Halbleiterschalter
T1, ..., T6, die antiparallel zu den Dioden D1, ..., D6 des aktiven Gleichrichters 6 geschaltet
sind, werden jeweils zu den Stromführungszeiten der korrespondierenden Dioden
D1, ..., D6 leitend geschaltet. Dazu ist eine Steuerschaltung 16 vorgesehen,
der eingangsseitig die Netzspannungen UR,
US, UT, deren Zeitverläufe im Diagramm über der
Zeit t der 3 näher dargestellt sind, eines
nicht näher
dargestellten speisenden Netzes zugeführt werden. Da die abschaltbaren Halbleiterschalter
T1, ..., T6 dieses aktiven Gleichrichters 6 zu den natürlichen
Kommutierungszeitpunkten K1, ..., K6, geschaltet werden, weist diese Steuerschaltung 16,
Komperatoren auf, die logisch miteinander verknüpft sind. So mit ist dieser
aktive Gleichrichter 6 für beide Stromrichter offen
und damit rückspeisefähig. Soll
der Gleichrichter 6 nicht rückspeisefähig sein, so kann auch ein
passiver Gleichrichter verwendet werden, der nur einen Diodengleichrichter
aufweist.
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Diesem
aktiven Gleichrichter 6 mit den netzseitigen Wechselspannungs-Kondensatoren
CF ist eine Drosselschaltung 18 vorgeschaltet.
Diese Drosselschaltung 18 bildet zusammen mit den Wechselspannungs-Kondensatoren
CF ein Netzfilter. Die Induktivität einer
jeden Drossel LF ist aufgeteilt in einen Drosselteil
aLF und (1-a)LF,
wobei jeder dieser zweiten Drosselteile (1-a)LF mittels
eines Dämpfungswiderstandes
RF überbrückt sind.
Weitere Angaben zu diesem Netzfilter können der eingangs genannten Veröffentlichung
entnommen werden.
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Nachteilig
wirkt sich bei diesem bekannten Gleichspannungszwischenkreis-Umrichter 2 ohne Elektrolyt-Kondensator
aus, dass eine Drosselschaltung 18 für den Aufbau eines Netzfilters
und ein Kondensator CDC mit einer geringen
Kapazität
für eine Stromversorgung
benötigt
werden.
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Die 2 zeigt
eine vorteilhafte Ausführungsform
einer Netzfilter- und Stromversorgungseinrichtung nach der Erfindung,
die für
einen Umrichter 2 nach 1 vorgesehen
ist. Gegenüber
der Ausführungsform
nach 1 sind die netzseitigen Wechselspannungs-Kondensatoren
CF, insbesondere Folienkondensatoren, in
der erfindungsgemäßen Netzfilter-
und Stromversorgungseinrichtung in Stern angeordnet. D.h., jeweils
ein netzseitiger Anschluss der Wechselspannungs-Kondensatoren CFR, CFS, CFT sind in dieser vorteilhaften Ausführungsform
mittels eines Dämpfungswiderstandes
RFR, RFS und RFT mit einer Phase R, S und T eines speisenden
Netzes elektrisch leitend verbunden. Gegenüber dem bekannten Gleichspannungszwischenkreis-Umrichter 2 weisen
die Wechselspannungs-Kondensatoren CFR, CFS und CFT jeweils
einen größeren Wert
auf als die Wechselspannungs-Kondensatoren CF des
Umrichters 2. Dadurch kann auf zusätzliche Netzdrosseln verzichtet
werden. Ein netzabgewandter Anschluss dieser Kondensatoren CFR, CFS, CFT ist jeweils mittels einer Entkopplungsdiode
DPR, DPS und DPT mit einem Anschluss P24 eines Speicherkondensators
C1 verbunden. Außerdem
sind die netzabgewandten Anschlüsse
dieser Kondensatoren CFR, CFS und
CFT jeweils mit einem Anschluss, beispielsweise
einem Drain-Anschluss, eines abschaltbaren Halbleiterschalters T7,
T8 und T9 elektrisch leitend verbunden. Ein weiterer Anschluss,
beispielsweise ein Source-Anschluss, eines jeden dieser Halbleiterschalter T7,
T8 und T9 ist mittels eines Bezugspotentials M mit einem zweiten
Anschluss des Speicherkondensators C1 elektrisch leitend verbunden.
Dieses Bezugspotential M ist mittels weiterer Entkopplungsdioden
DMR, DMS und DMT jeweils mit einem netzabgewandten Anschluss
der Wechselspannungs-Kondensatoren CFR,
CFS und CFT verbunden.
m Speicherkondensator C1 steht eine Gleichspannung an, die als Versorgungsspannung
UV, beispielsweise eine 24V-Gleichspannung, verwendet
wird.
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Jede
abschaltbarer Halbleiterschalter T7, T8 und T9 ist steuerungsseitig
mit einer Steuereinrichtung 201 , 202 und 203 verknüpft. An
den Eingängen dieser
Steuerschaltungen 201 , 202 und 203 stehen zwei
Grenzwerte, nämlich
ein oberer Grenzwert P24max und ein unterer Grenzwert P24min an.
Außerdem
sind der Steuereinrichtung 201 bzw. 202 bzw. 203 die
Netzspannungen UR, US und
UT eines speisenden Netzes und die am Speicherkondensator
C1 anstehende Versorgungsspannung UV zugeführt. Die Steuereinrichtung 201 bzw. 202 bzw. 203 generiert aus diesen eingangsseitigen
Signalen UR, US,
UT, P24max, P24min und UV ein
Steuersignal ST7 bzw. ST8 bzw.
ST9, das am Steueranschluss, beispielsweise
einem Gate-Anschluss, des abschaltbaren Halbleiterschalters T7 bzw.
T8 bzw. T9 ansteht.
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Der
Spannungswert der generierten Versorgungsspannung UV bestimmt
die Sperrspannung der verwendeten Entkopplungsdioden DPR,
DPS, DPT, DMR, DMS und DMT und der abschaltbaren Halbleiterschalter T7,
T8 und T9. In der dargestellten Ausführungsform wird als Versorgungsspannung
UV eine 24V-Gleichspannung am Speicherkondensator
C1 erzeugt. Um spannungsmäßig auf
der richtigen Seite zu sein, können
pn-Dioden mit einer Sperrspannung von beispielsweise 30V als Kopplungsdioden
DPR, DPS, DPT, DMR, DMS und DMT verwendet
werden. Da auch die abschaltbaren Halbleiterschalter T7, T8 und
T9 nur einer Sperrspannung von beispielsweise 30V widerstehen müssen, bietet
sich ein Feldeffekttransistor (FET), beispielsweise ein Metalloxidschicht-Feldeffekttransistor
(MOSFET), insbesondere ein selbstsperrender MOSFET, an. Feldeffekttransistoren
werden gegenüber
einem bipolaren Transistor mit einem elektrischen Feld, d.h. leistungslos,
gesteuert. Bei MOSFET's
isoliert eine dünne
SiO2-Schicht das Gate vom Kanal DS, so dass
nie ein Gatestrom fließt.
Außerdem
wird in Abhängigkeit
einer Steuerspannung der Widerstand zwischen Drain und Source gesteuert,
wodurch der Drainstrom bestimmt wird.
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In
dem Diagramm nach 3 sind die Zeitverläufe der
Netzspannungen UR, US und
UT eines speisenden Netzes, insbesondere
eines dreiphasigen Netzes, dargestellt. Dieser Darstellung kann man
entnehmen, dass zu den Zeitpunkten t1 bis t6 jeweils ein Schnittpunkt
K1, ..., K6 zweier Netzspannungen auftritt Diese Schnittpunkte K1
bis K6 sind die sogenannten natürlichen
Kommutierungszeitpunkte eines ungesteuerten Gleichrichters. In den Zeitspannen
zwischen zwei benachbarten Schnittpunkten K1, K3; K2, K4; K3, K5,
K4, K6; K5, K1 und K6, K2 führen
jeweils zwei von sechs Dioden eines Diodengleichrichters einen Netzstrom.
Entsprechend diesen Zeitspannen fließt jeweils ein Blockstrom über einen
Bereich von 120° el.
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In
der 4 sind in einem Diagramm über der Zeit t die Einschaltsignale
ST7, ST8 und ST9 der abschaltbaren Halbleiterschalter T7,
T8 und T9 der erfindungsgemäßen Netzfilter-
und Stromversorgungseinrichtung näher dargestellt. In diesem
Diagramm symbolisiert die Zahl "0" den Ausschaltzustand,
wogegen die Zahl "1" den Einschaltzustand
eines jeden abschaltbaren Halbleiterschalters T7, T8 und T9 der Netzfilter-
und Stromversorgungseinrichtung symbolisiert.
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Anhand
der Diagramme gemäß 3 und 4 soll
die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Netzfilter- und Stromversorgungseinrichtung
näher beschrieben
werden:
Zum Zeitpunkt t1, zu dem die Netzspannung UR die Netzspannung UT ablöst, beginnt
die Stromführungszeit
der Diode D1 des aktiven Gleichrichters 6 des Umrichters 2.
Da zu den h Stromführungszeiten
der Dioden D1, ..., D6 des aktiven Gleichrichters 6 ebenfalls
die korrespondierenden antiparallel geschalteten abschaltbaren Halbleiterschalter
T1, ..., T6 stromführend
geschaltet sein sollen, muss zum Zeitpunkt t1 der korrespondierende
antiparallel geschaltete abschaltbare Halbleiterschalter T1 eingeschaltet
sein. Dadurch ist die Phase R aktiv. Damit die entsprechende Phase
des Netzfilters aktiv sein kann, wird der abschaltbare Halbleiterschalter
T7 eingeschaltet. Zum Zeitpunkt t3 endet die Stromführungszeit
der Diode D1 des Gleichrichters 6 und die Stromführungszeit
der Diode D3 des Gleichrichters 6 beginnt. D.h., die Phase
S ist aktiv, so dass durch Einschalten des abschaltbaren Halbleiterschalters
T8 die Phase S des Netzfilters aktiv geschaltet wird. Der abschaltbare
Halbleiterschalter T7 wird ausgeschaltet. Die Stromführungszeit
der Diode D3 endet zum Zeitpunkt t5 und es beginnt die Stromführungszeit
der Diode D5, die ihrerseits zum Zeitpunkt t1 endet. Entsprechend
wird zum Zeitpunkt t5 der abschaltbare Halbleiterschalter T8 aus-
und der Halbleiterschalter T9 eingeschaltet. Ebenso wird zum Zeitpunkt
t2 der abschaltbare Halbleiterschalter T9 ein- und der abschaltbare
Halbleiterschalter T8 ausgeschaltet. Zum Zeitpunkt t4 wird der abschaltbare
Halbleiterschalter T7 ein- und der abschaltbare Halbleiterschalter
T9 ausgeschaltet.
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Gemäß dem Diagramm
nach 4 sind die abschaltbaren Halbleiterschalter T7
und T8 in der Zeitspanne t2 – t1
gleichzeitig eingeschaltet. In der Zeitspanne t3 – t2 sind
die beiden ab schaltbaren Halbleiterschalter T7 und T9 gleichzeitig
eingeschaltet, wogegen in der Zeitspanne t4 – t3 die beiden abschaltbaren
Halbleiterschalter T8 und T9 eingeschaltet sind. In der Zeitspanne
t5 – t4
sind die beiden Halbleiterschalter T7 und T2 und in der Zeitspanne
t6 – t5
sind die beiden Halbleiterschalter T7 und T9 eingeschaltet.
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Zu
diesen genannten Zeitspannen, in denen jeweils zwei abschaltbare
Halbleiterschalter T7, T8 oder T9 eingeschaltet sind, wird der abschaltbare Halbleiterschalter
T7, T8 oder T9 der dritten Phase dieser Netzfilter- und Stromversorgungseinrichtung in
Abhängigkeit
eines Zweipunktreglers, auch als Hystereseregler bezeichnet, ein-
und ausgeschaltet. Dazu wird die am Speicherkondensator C1 anstehende
Versorgungsspannung UV mit dem oberen und unteren
Grenzwert P24max und P24min verglichen. D.h., übersteigt die Versorgungsspannung
UV, beispielsweise 24V, den oberen Grenzwert
P24max, beispielsweise 26V, so wird der entsprechende abschaltbare
Halbleiterschalter T7, T8 oder T9 eingeschaltet. Dadurch wird ein
kapazitiver Ladestrom kurzgeschlossen, wodurch keine Ladungsträger mehr
in den Speicherkondensator C1 fließen können. Unterschreitet die Versorgungsspannung
UV von beispielsweise 24V den unteren Grenzwert P24min
von beispielsweise 25V, wird ein entsprechender abschaltbarer Halbleiterschalter
T7, T8 oder T9 ausgeschaltet. Dadurch fließt wieder ein Ladestrom über den
Speicherkondensator C1 und lädt diesen
wieder auf.
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Die
Zeitspannen, in denen einer der drei abschaltbaren Halbleiterschalter
T7, T8 oder T9 ein- oder ausgeschaltet wird, sind die Zeitspannen
zweier aufeinander folgender natürlicher
Kommutierungszeitpunkte K1, ..., K6. In diesen Zeitspannen weisen die
Netzspannungen UR, US und
UT jeweils die höchste Spannungssteilheit du/dt
auf, wodurch auch der höchste
mögliche
Ladestrom fließen
kann. Somit reichen die Zeitspannen t2-t1, t3-t2, t4-t3, t5-t4,
t6-t5 und t1-t6 größter Spannungssteilheiten
bei den Netzspannungen UR US und
UT vollkommen aus, um einen Speicherkondensator
C1 für
eine Stromver versorgung aufzuladen und auf einem vorbestimmten Wert
zu halten.
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Um
die Zeitpunkte t1, ..., t6 der natürlichen Kommutierungszeitpunkte
K1, ..., K6 zu erfassen, müssen
nur die Netzspannungen UR US und
UT miteinander verglichen werden. Dabei
sind diese Vergleiche phasenmäßig auf
die Steuereinrichtungen 201 , 202 und 203 verteilt.
In der Steuereinrichtung 201 wird überprüft, ob die
Netzspannung UR größer ist als die Netzspannung
US und größer ist als die Netzspannung
UT. Entsprechendes gilt für die Steuereinrichtung 202 (Phase S) und Steuereinrichtung 203 (Phase T) der Netzfilter- und Stromversorgungseinrichtung.
Um festzustellen, ob die Versorgungsspannung UV den
oberen bzw. den unteren Grenzwert P24max bzw. P24min überschreitet
bzw. unterschreitet, muss die Versorgungsspannung UV mit
dem oberen Grenzwert P24max bzw. mit dem unteren Grenzwert P24min
verglichen werden.
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Eine
besonders einfache Ausführungsform der
Steuereinrichtung 201 bzw. 202 bzw. 203 ist
eine Komparatorschaltung. Damit der abschaltbare Halbleiterschalter
T7 der Netzfilter- und Stromversorgungseinrichtung eingeschaltet
werden kann, müssen
folgende Bedingungen: UR > US ⋀ UR > UT ⋁ UR < US ⋀ UR < UT und UV > P24maxerfüllt werden.
In der Steuereinrichtung 202 werden folgende
Bedingungen: US > UR ⋀ US > UT ⋁ US < UR ⋀ US < UT und UV > P24max überprüft, wogegen
in der Steuereinricht8ung 203 folgende
Bedingungen: UT > UR ⋀ UT > US ⋁ UT < UR ⋀ UT < US und UV > P24maxüberprüft werden.
Die Bedingungen, die überprüft werden
müssen,
sind mittels logischer "und" und "oder" miteinander verknüpft. Somit
weist die Steuereinrichtung 201 , 202 und 203 neben
mehreren Komparatoren auch noch logische Gatter, beispielsweise UND-
und ODER-Gatter, auf.
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Mit
der erfindungsgemäßen Netzfilter-
und Stromversorgungseinrichtung werden die Kondensatoren CFR, CFS und CFT des Netzfilters auch zur Stromversorgung
verwendet. Somit kann bei dem bekannten Gleichspannungszwischenkreis-Umrichter 2 gemäß 1 auf
die Drosselschaltung 18 und den Kondensator CDC verzichtet
werden.