DE19624555A1

DE19624555A1 - Circuit for transferring power between single- or multiple- phase AC circuit and DC circuit

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Publication number: DE19624555A1
Application number: DE19624555A
Authority: DE
Inventors: Juergen Petzoldt; Oliver Reimann; Gotthard Berger; Tobias Reimann
Original assignee: PETZOLDT JUERGEN PROF DR
Current assignee: PETZOLDT JUERGEN PROF DR
Priority date: 1996-06-20
Filing date: 1996-06-20
Publication date: 1998-01-02

Abstract

The circuit has current converters in intermediate or bridge circuits which control the energy flow between loaded a.c. voltage sources and d.c. or low frequency a.c. circuits, whose bidirectional electronic switches have common anode and/or cathode connection points with the circuit, which has two or more connections to the a.c. source. The loaded a.c. sources are terminated by two or more capacitors in series, whose junctions are connected to the common connecting points of the converters via commutators consisting of a series circuit contg. an electronic switch and either an inductance (Lk) or a capacitance (Ck) or an inductance in series with a capacitance.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Energieübertragung zwischen einem ein- oder mehrphasigen Wechselstromkreis und einem Gleichstromkreis und Verfahren zu deren Steuerung.The invention relates to a circuit arrangement for energy transmission between one or multiphase AC circuit and a DC circuit and method for their control.

Eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art besteht prinzipiell aus Stromrichterschaltungen in Mittel- oder Brückenschaltung, die gleichstromseitig an einem Stromzwischenkreis angeschlossen sind. Werden die Stromrichterschaltungen mit aktiv einschaltbaren und passiv ausschaltbaren bidirektional spannungsführenden Schaltern ausgeführt, erhält man alle bekannten netzgelöschten Stromrichterschaltungen, deren Steuerung über den Zündwinkel nur getaktete Betriebsweise mit einem Steuerfreiheitsgrad erlaubt. Ein Übergang zum Pulsbetrieb ist in diesem Fall nur durch die Ergänzung der Schaltung durch eine Zwangslöscheinrichtung möglich. Stellvertretend für eine Vielzahl bekannter technischer Lösungen seien hier die Phasenfolgelöschung [IEEE IA 1980 pp. 501-512] und die Sternpunktkommutierung genannt. Nachteilig bei diesen Schaltungen sind die stromabhängigen Kommutierungszeiten und die relativ hohe Spannungsbelastung der Ventile.A circuit arrangement of the type mentioned at the outset basically consists of Converter circuits in middle or bridge circuit, the DC side on one DC link are connected. If the converter circuits are also active switchable and passively switchable bidirectional live switches, you get all known power erased converter circuits whose control is via the Firing angle only allowed clocked mode of operation with a degree of tax freedom. A transition to In this case, pulse operation is only possible by adding a circuit to the circuit Forced extinguishing device possible. Representing a variety of well-known technical solutions here are the phase sequence deletion [IEEE IA 1980 pp. 501-512] and the star point commutation called. The disadvantages of these circuits are the current-dependent commutation times and the relatively high voltage load on the valves.

Mit dem Einsatz aktiv ein- und ausschaltbarer sperrfähiger Ventile entfällt die Notwendigkeit einer Zwangslöscheinrichtung, wobei dann zur Vermeidung von Überspannungen während der Kommutierung wechselstromseitig die Mittelpunkt- oder Brückenschaltungen mit Filterkapazitäten in Stern- oder Dreieckschaltung abgestützt werden müssen [IEEE IAS Annual Meeting 1988 pp. 302. . 307; IEEE IA 1992 pp. 64. . 71; EPE 1991 pp. 2.177-2.181]. Weiterhin sind Schaltungen bekannt, in denen der Sternpunkt der Filterkapazitäten über weitere zwei Schalter mit dem anoden- oder katodenseitigen Anschlußpunkten der Gleichstromseite verbunden ist [ IEEE IAS Annual Meeting 1985 pp. 442. . 447; IEEE IA 1987 pp. 256. . 262, EPE 1991 pp. 4.072-4.081]. Den genannten Schaltungen ist der Nachteil gemeinsam, daß die Schalter mit relativ hohen Verlusten hart ein- und ausschalten.The use of lockable valves that can be actively switched on and off eliminates the need for one Forced extinguishing device, then to avoid overvoltages during the Commutation on the AC side of the center or bridge circuits with filter capacitors must be supported in star or delta connection [IEEE IAS Annual Meeting 1988 pp. 302.. 307; IEEE IA 1992 pp. 64.. 71; EPE 1991 pp. 2,177-2,181]. There are also circuits in which the star point of the filter capacitances is connected to the anode or cathode side connection points of the direct current side is connected [IEEE IAS Annual Meeting 1985 pp. 442.. 447; IEEE IA 1987 pp. 256.. 262, EPE 1991 pp. 4,072-4,081]. The The circuits mentioned have the disadvantage in common that the switches are hard with relatively high losses to switch on and off.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung sowie Verfahren zu deren Steuerung zu schaffen, wodurch der Pulsbetrieb bei geringen Schaltverlusten, hohen Pulsfrequenzen und geringem Filteraufwand ermöglicht wird.The invention is therefore based on the object of a circuit arrangement and method to create their control, whereby the pulse operation with low switching losses, high Pulse frequencies and low filter effort is made possible.

Die Aufgabe wird bei der Schaltungsanordnung zur Energieübertragung zwischen einem ein- oder mehrphasigen Wechselstromkreis und einem Gleichstromkreis durch die kennzeichnenden Teile der Ansprüche 1 bis 7, sowie durch ein Verfahren zur Steuerung dieser Schaltungsanordnung gemäß den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 8 bis 12 gelöst. The task is in the circuit arrangement for energy transmission between one or multi-phase AC circuit and a DC circuit through the characteristic parts of the Claims 1 to 7, and according to a method for controlling this circuit arrangement the characterizing parts of claims 8 to 12 solved.

Sowohl durch die Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7 und die Steuerverfahren nach nach den Ansprüchen 8 bis 12 wird die Möglichkeit eröffnet, den Pulsbetrieb der Schaltungsanordnung bei geringen Schaltverlusten, hohen Pulsfrequenzen und geringem Filteraufwand zu realisieren. Die Schaltung wird unter Verwendung klassischer Stromrichterschaltungen in Mittelpunkt- oder Brückenschaltung aufgebaut. Die impedanzbehafteten Wechselspannungsquellen werden dabei mit mindesten zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren abgeschlossen. Bei einer Erweiterung der Schaltung auf drei Phasen kann dies zu einer Stern- oder Dreieckschaltung führen. Die Mittelpunkte dieser Filterkondensatoren werden mit dem anoden- und/oder katodenseitigen Anschlußpunkt der Gleichstromseite über eine Kommutierungseinrichtung verbunden. Diese Kommutierungseinrichtung besteht aus der Reihenschaltung eines elektronischen Schalters S_K und entweder einer Induktivität L_K oder einer Kapazität C_K oder einer Reihenschaltung einer Induktivität L_K und einer Kapazität C_K.Both the circuit arrangement according to claims 1 to 7 and the control method according to claims 8 to 12 open up the possibility of realizing the pulse operation of the circuit arrangement with low switching losses, high pulse frequencies and low filter expenditure. The circuit is built using classic converter circuits in the center or bridge circuit. The AC voltage sources with impedance are terminated with at least two capacitors connected in series. If the circuit is expanded to three phases, this can lead to a star or delta connection. The center points of these filter capacitors are connected to the anode and / or cathode side connection point of the direct current side via a commutation device. This commutation device consists of the series connection of an electronic switch S _K and either an inductance L _K or a capacitance C _K or a series connection of an inductance L _K and a capacitance C _K.

Bedingt durch die je nach Auswahl der Bauelemente genutzten Steuerverfahren muß der elektronische Schalter S_K verschiedene Eigenschaften haben.Due to the control methods used depending on the selection of the components, the electronic switch S _K must have different properties.

Der elektronische Schalter S_K muß bidirektional Spannung und unidirektional Strom führen, falls in der Reihenschaltung der Kommutierungseinrichtung sich kein Kondensator befindet. Der elektronische Schalter S_K muß unidirektional Spannung und bidirektional Strom führen, falls die Kommutierungseinrichtung mindestens aus der Reihenschaltung des elektronischen Schalters S_K und eines Kondensators besteht. Eine Beanspruchung des Schalters S_K in beide Strom- und Spannungsrichtungen tritt nur bei Stromrichtern mit einem Wechselstromzwischenkreis oder bei einem Steuerverfahren nach Anspruch 11 auf.The electronic switch S _K must carry bidirectional voltage and unidirectional current if there is no capacitor in the series connection of the commutation device. The electronic switch S _K must carry unidirectional voltage and bidirectional current if the commutation device consists at least of the series connection of the electronic switch S _K and a capacitor. A stress on the switch S _K in both current and voltage directions only occurs in converters with an AC intermediate circuit or in a control method according to claim 11.

Die Schalter S_n des Stromrichters können durch eine Parallelkapazität C_p oder durch eine Reiheninduktivität L_R von Schaltverlusten entlastet werden.The switches S _{n of} the converter can be relieved of switching losses by a parallel capacitance C _p or by a series inductor L _R.

Die Steuerung der Schaltung erfolgt für den Fall, daß die Kommutierungseinrichtung nur aus einer Reihenschaltung einer Induktivität L_K und eines elektronischen Schalters S_K besteht, nach Anspruch 8. Die Kommutierung wird bei negativer Spannung über dem stromübernehmenden Schalterzweig durch das Ausschalten des stromführenden Schalters eingeleitet und durch das passive Einschalten des stromübernehmenden Schalters in dem Zeitpunkt beendet, in dem dessen Spannung den Wert Null oder einen Schwellspannungswert erreicht. Bei positiver Spannung über dem stromübernehmenden Schalterzweig beginnt durch das aktive Einschalten des elektronischen Schalters S_K ein erster Kommutierungsabschnitt, der mit dem passiven Ausschalten des
stromführenden Schalters in dem Zeitpunkt endet, in dem dessen Strom den Wert Null oder einen Schwellstromwert erreicht. Ein zweiter Kommutierungsabschnitt erstreckt sich bis zum passiven Einschalten des stromübernehmenden Schalters in dem Zeitpunkt, in dem dessen Spannung den Wert Null oder einen Schwellspannungswert erreicht. Ein dritter Kommutierungsabschnitt beendet die Kommutierung mit dem passiven Ausschalten des elektronischen Schalters S_K in dem Zeitpunkt, in dem dessen Strom den Wert Null erreicht.The control of the circuit takes place in the event that the commutation device consists only of a series connection of an inductor L _K and an electronic switch S _K , according to claim 8. The commutation is initiated at a negative voltage across the current-taking switch branch by switching off the current-carrying switch and ended by the passive switching on of the current-taking switch at the point in time at which its voltage reaches the value zero or a threshold voltage value. In the event of a positive voltage across the current-taking switch branch, the active switching on of the electronic switch S _K starts a first commutation section, which starts with the passive switching off of the
current-carrying switch ends when its current reaches zero or a threshold current value. A second commutation section extends until the current-taking switch is switched on passively at the point in time at which its voltage reaches the value zero or a threshold voltage value. A third commutation section ends the commutation with the passive switching off of the electronic switch S _K at the point in time at which its current reaches the value zero.

Durch diese Art der Entlastung entsteht in der Induktivität der Kommutierungseinrichtung während eines Steuerabschnittes ein Gleichstrom. Dieser Gleichstrom führt zu einer Ladungsverschiebung der Filterkondensatoren. Dem wirken die Steuerverfahren nach Anspruch 11 und 12 entgegen. Das Verfahren nach Anspruch 11 benötigt elektronische Schalter S_K in der Kommutierungseinrichtung für beide Strom- und Spannungsrichtungen. Hierbei wird bei negativer Spannung über dem stromübernehmenden Schalterzweig vor dem Ausschalten des stromführenden Schalters der Schalter S_K eingeschaltet und nach Beendigung der Kommutierung durch den Stromnulldurchgang der Schalter S_K ausgeschaltet. Dies muß derart gesteuert werden, daß innerhalb eines Steuerabschnittes kein Mittelwert des Stromes der Kommutierungseinrichtung existiert.This type of relief creates a direct current in the inductance of the commutation device during a control section. This direct current leads to a charge shift of the filter capacitors. This is counteracted by the tax procedures according to claims 11 and 12. The method according to claim 11 requires electronic switches S _K in the commutation device for both current and voltage directions. Here is turned on with a negative voltage across the current-accepting switch branch against the current-carrying switch the switch S _K is turned off and turned off by the zero current crossing the switch S _K after the completion of commutation. This must be controlled in such a way that there is no mean value of the current of the commutation device within a control section.

Beim Verfahren nach Anspruch 12 folgen auf anodenseitige/katodenseitige Kommutierungsvorgänge katodenseitige/anodenseitige Kommutierungsvorgänge derart, daß der Strom durch die gemeinsame Induktivität L_K keinen Mittelwert innerhalb eines definierten Zeitabschnitts aufweist.In the method according to claim 12, anode-side / cathode-side commutation processes are followed by cathode-side / anode-side commutation processes in such a way that the current through the common inductance L _{K has} no mean value within a defined time period.

Für den Fall, daß die Kommutierungseinrichtung aus einer Reihenschaltung aus Kondensator C_K, Induktivität L_K und elektronischen Schalter S_K besteht und die Schalter S_n des Stromrichters kapazitiv (Nullspannungsschalter) entlastet werden, muß eine Steuerung nach Anspruch 9 vorgesehen werden. Die Kommutierung wird bei negativer Spannung über dem stromübernehmenden Schalterzweig durch das Ausschalten des stromführenden Schalters eingeleitet und durch das passive Einschalten des stromübernehmenden Schalters in dem Zeitpunkt beendet, in dem dessen Spannung den Wert Null oder einen Schwellspannungswert erreicht. Bei positiver Spannung über dem stromübernehmenden Schalterzweig beginnt durch das aktive Einschalten des elektronischen Schalters S_K ein erster Kommutierungsabschnitt, der mit dem passiven Ausschalten des stromführenden Schalters in dem Zeitpunkt endet, in dem dessen Strom den Wert Null oder einen Schwellstromwert erreicht. Ein zweiter sich anschließender Kommutierungsabschnitt dauert bis zum aktiven Einschalten des stromübernehmenden Schalters in dem Zeitpunkt, in dem der Kondensator wieder den Wert der Spannung vor der Kommutierung erreicht hat.In the event that the commutation device consists of a series connection of capacitor C _K , inductance L _K and electronic switch S _K and the switches S _{n of} the converter are capacitively relieved (zero voltage switch), a controller according to claim 9 must be provided. The commutation is initiated at a negative voltage across the current-taking switch branch by switching off the current-carrying switch and is ended by the passive switching on of the current-taking switch at the point in time at which its voltage reaches the value zero or a threshold voltage value. In the event of a positive voltage across the current-taking switch branch, the active switching on of the electronic switch S _K starts a first commutation section, which ends with the passive switching off of the current-carrying switch at the point in time at which its current reaches the value zero or a threshold current value. A second subsequent commutation section lasts until the current-taking switch is actively switched on at the point in time at which the capacitor has again reached the value of the voltage before commutation.

Für den Fall, daß die Kommutierungseinrichtung aus einer Reihenschaltung aus Kondensator C_K, Induktivität L_K und elektronischen Schalter S_K besteht und die Schalter S_n des Stromrichters induktiv (Nullstromschalter) entlastet werden, muß eine Steuerung nach Anspruch 10 vorgesehen werden. Die Kommutierung wird bei positiver Spannung über dem stromübernehmenden Schalterzweig durch das aktive Einschalten des stromübernehmenden Schalters eingeleitet und endet durch das passive Ausschalten des stromführenden Schalters in dem Zeitpunkt, in dem dessen Strom den Wert Null oder einen Schwellstromwert erreicht. Bei negativer Spannung über dem stromübernehmenden Schalterzweig beginnt durch das aktive Einschalten des elektronischen Schalters S_K ein erster Kommutierungsabschnitt, der mit dem passiven Ausschalten des stromführenden Schalters in dem Zeitpunkt endet, in dem dessen Strom den Wert Null oder einen Schwellstromwert erreicht. Ein zweiter Kommutierungsabschnitt schließt sich an und dauert bis zum aktiven Einschalten des stromübernehmenden Schalters in dem Zeitpunkt, in dem der Kondensator C_K wieder den Wert der Spannung vor der Kommutierung erreicht hat. In the event that the commutation device consists of a series connection of capacitor C _K , inductance L _K and electronic switch S _K and the switches S _{n of} the converter are inductively relieved (zero current switch), a controller according to claim 10 must be provided. The commutation is initiated with a positive voltage across the current-taking switch branch by the active switching on of the current-taking switch and ends by the passive switching off of the current-carrying switch at the point in time when its current reaches the value zero or a threshold current value. If the voltage across the current-taking switch branch is negative, the active switching on of the electronic switch S _K starts a first commutation section, which ends with the passive switching off of the current-carrying switch at the point in time at which its current reaches the value zero or a threshold current value. A second commutation section follows and lasts until the current-taking switch is actively switched on at the point in time at which the capacitor C _{K has} again reached the value of the voltage before commutation.

Durch diese Kommutierungseinrichtung und deren Steuerung können alle Ventile als Nullspannungs- oder Nullstromschalter arbeiten. Dadurch lassen sich die Schaltverluste verringern. Bedingt durch diese Verringerung der Schaltverluste können die Pulsfrequenz der Schaltung erhöht, die passiven Bauelemente verkleinert, das Regelverhalten der Schaltung verbessert und die Bauelemente besser ausgenutzt werden. Außerdem wird ein besserer Wirkungsgrad der Schaltung erreicht, was zu einer Verkleinerung des Kühlsystems führt.Through this commutation device and its control, all valves can be used as Zero voltage or zero current switches work. This can reduce switching losses. Due to this reduction in switching losses, the pulse frequency of the circuit can be increased, reduced the passive components, improved the control behavior of the circuit and the Components can be better used. It also improves circuit efficiency reached, which leads to a downsizing of the cooling system.

Anhand der Zeichnungen wird die Schaltungsanordnung und das Verfahren zur Steuerung nachstehend näher erläutert.Using the drawings, the circuit arrangement and the method for control explained in more detail below.

Fig. 1 zeigt die Schaltungsanordnung am Beispiel einer zweiphasigen Mittelpunktschaltung Fig. 1 shows the circuit arrangement using the example of a two-phase center circuit

Fig. 2 zeigt die Schaltungsanordnung am Beispiel einer einphasigen Brückenschaltung Fig. 2 shows the circuit arrangement using the example of a single-phase bridge circuit

Fig. 3 zeigt die Schaltungsanordnung am Beispiel einer dreiphasigen Brückenschaltung mit einer Ankopplung der Kommutierungseinrichtung über sechs in Dreieck geschalteten Kondensatoren Fig. 3 shows the circuit arrangement of the example of a three-phase bridge circuit with a coupling of the commutation six delta-connected capacitors

Fig. 4 zeigt die zeitlichen Verläufe von Strom und Spannung während eines Kommutierungsvorganges in der Hilfskommutierungseinrichtung für den Fall einer Reihenschaltung eines Kondensators C_K und des elektronischen Schalters S_K in der Hilfskommutierungseinrichtung nach Fig. 1 FIG. 4 shows the temporal profiles of current and voltage during a commutation process in the auxiliary commutation device in the case of a series connection of a capacitor C _K and the electronic switch S _K in the auxiliary commutation device according to FIG. 1

Fig. 5 zeigt die zeitlichen Verläufe von Strömen in ausgewählten elektronischen Schaltern während der Kommutierungen in der Schaltung nach Fig. 3 FIG. 5 shows the time profiles of currents in selected electronic switches during the commutations in the circuit according to FIG. 3

Fig. 6 zeigt die Schaltungsanordnung am Beispiel einer dreiphasigen Brückenschaltung mit einer Ankopplung der Kommutierungseinrichtung über drei in Stern geschalteten Kondensatoren Fig. 6 shows the circuit arrangement of the example of a three-phase bridge circuit with a coupling of the commutation three star-connected capacitors

Fig. 1 stellt die Schaltungsanordnung in einer Mittelpunktschaltung dar. Die Stromrichterschaltung kann durch den Zwischenkreisstrom I_d jeden Strommittelwert bei entsprechender Pulsung in das Wechselstromnetz einprägen. Dabei wird das Wechselstromnetz über einen einphasigen 3-Wicklungstrafo in Mittelpunktschaltung angeschlossen. Fig. 1 shows the circuit arrangement in a center circuit. The converter circuit can impress each average current value with appropriate pulsing into the AC network by means of the intermediate circuit current I _d . The AC network is connected via a single-phase 3-winding transformer in the center point connection.

Um den Strom in das Wechselstromnetz in Amplitude und Phase einzustellen, müssen sich die Schalter S₁ und S₂ in ihrer Stromführung ablösen. Dabei kann der stromübernehmende Schalter S₂ bei positiver Spannung aktiv eingeschaltet werden. Während der folgenden Stromkommutierung wird der Strom in dem vor der Kommutierung stromführenden Schalter den Wert Null erreichen und passiv ausschalten.To adjust the current in the AC network in amplitude and phase, the Detach switches S₁ and S₂ in their current supply. The current-accepting switch S₂ be switched on actively when the voltage is positive. During the following current commutation the current in the switch carrying current before commutation will reach zero and switch off passively.

Falls die Spannung über dem Schalter S₂ vor der Kommutierung negativ ist, kommt die Kommutierungseinrichtung zum Einsatz. Der Schalter S_K wird eingeschaltet. Durch die vor der Kommutierung entsprechend gepolte Spannung am Kondensator C_K wird ein positiver Strom durch den Schalter S₁ getrieben. Durch den folgenden Schwingvorgang erreicht der Strom durch Schalter S₁ den Wert Null, worauf dieser passiv ausschaltet. Der Schalter S_K muß dann den Zwischenkreisstrom führen. Der Kondensator C_K hat durch den Schwingvorgang seinen Ladezustand geändert, kann jetzt aber mit Hilfe des Zwischenkreisstromes wieder aufgeladen werden. Wenn der Kondensator eine definierte Ladung erreicht hat, kann der Schalter S₂ wieder eingeschaltet werden.If the voltage across the switch S₂ is negative before commutation, the commutation device is used. The switch S _K is turned on. Due to the correspondingly polarized voltage on the capacitor C _K before commutation, a positive current is driven by the switch S 1. Through the following oscillation, the current through switch S₁ reaches zero, whereupon it switches off passively. The switch S _K must then carry the intermediate circuit current. The capacitor C _K has changed its state of charge as a result of the oscillation process, but can now be recharged using the intermediate circuit current. When the capacitor has reached a defined charge, the switch S₂ can be switched on again.

In bestimmten Einsatzfällen kann auch bei positiver Spannung über dem Schalter S₂ die Kommutierungseinrichtung benutzt werden. Dadurch schalten die Schalter auch während dieser Spannungsverhältnisse verlustarm als Nullstromschalter.In certain applications, even with positive voltage across the switch S₂ Commutation device can be used. As a result, the switches also switch during this Voltage conditions with low loss as zero current switch.

Fig. 4 zeigt den Spannungs- und Stromverlauf der Kommutierungseinrichtung für den Fall, daß die Spannung über dem Schalter S₂ vor der Kommutierung negativ ist. Fig. 4 shows the voltage and current profile of the commutation device in the event that the voltage across the switch S₂ is negative before commutation.

Die in der Fig. 2 dargestellte Schaltung zeigt die Anordnung als einphasiger Stromrichter in Brückenschaltung. Jeder der Schalter S₁. . . S₄ kann durch die Wirkung des entsprechenden Hilfskommutierungskreises als Nullstromschalter betrieben werden. Dazu wird beispielsweise bei der Kommutierung von Schalter S₁ auf S₂ der Hilfsschalter S_K1 eingeschaltet. Wenn der Kondensator C_K vor der Kommutierung aufgeladen ist, wird der Strom in Schalter S₁ bis auf den Wert Null abnehmen, wodurch dieser passiv ausschaltet. Schalter S₂ schaltet ein, wenn der Kondensator C_K die gleiche Ladung wie vor der Kommutierung erreicht hat.The circuit shown in FIG. 2 shows the arrangement as a single-phase converter in a bridge circuit. Each of the switches S₁. . . S₄ can be operated as a zero current switch by the action of the corresponding auxiliary commutation circuit. For this purpose, the auxiliary switch S _{K1 is} switched on, for example, when commutating switches S 1 to S ₂ . If the capacitor C _K is charged before commutation, the current in switch S 1 will decrease to the value zero, whereby it switches off passively. Switch S₂ turns on when the capacitor C _{K has reached} the same charge as before commutation.

Dieser Schaltungsaufbau ermöglicht ein Schalten der Schalter S₁. . . S₄ im stromlosen Zustand bei allen Spannungsverhältnissen.This circuit structure enables the switches S 1 to be switched. . . S₄ in the de-energized state with all Tensions.

Fig. 3 zeigt die Schaltung in der Ausführung einer dreiphasigen Stromrichterschaltung in Brückenschaltung. Die Schaltung kann mit Hilfe des Zwischenkreisstroms I_d einen beliebigen Strommittelwert bei entsprechenden Pulsverfahren in das Drehstromnetz einprägen. Fig. 3 shows the circuit in the implementation of a three-phase converter circuit in a bridge circuit. With the aid of the intermediate circuit current I _{d, the} circuit can impress any current mean value with appropriate pulse methods in the three-phase network.

Die Ansteuerung während der Kommutierung verläuft in nachfolgender Weise.The control during commutation proceeds in the following way.

Im Falle der negativen Spannung über dem Schalter S₂ wird der Schalter S₁ ausgeschaltet, und der Zwischenkreisstrom lädt die Kapazitäten C_p über den Schaltern um. Der Schalter S₂ schaltet bei Spannung Null ein und übernimmt damit den Zwischenkreisstrom.In the case of negative voltage across the switch S₂, the switch S₁ is turned off, and the intermediate circuit current reloads the capacitances C _p across the switches. The switch S₂ switches on at zero voltage and thus takes over the intermediate circuit current.

Im Falle der positiven Spannung über dem Schalter S₂ wird der Schalter der Kommutierungseinrichtung S_K1 eingeschaltet. Wenn der Strom im Schalter S_K1 den Wert des Zwischenkreisstroms erreicht hat, kann der Schalter S₁ des Stromrichters ausgeschaltet werden. Durch den nun folgenden Schwingvorgang werden die Schalterkondensatoren C_p der Schalter S₁ und S₂ umgeladen. Der stromübernehmende Schalter schaltet bei Spannung Null ein. Durch die geänderten Spannungsverhältnisse verringert sich der Strom im Schalter S_K1. Wenn dieser Strom den Wert Null erreicht hat, kann der Schalter S_K1 passiv ausgeschaltet werden.In the case of positive voltage across the switch S₂, the switch of the commutation device S _{K1 is} turned on. When the current in the switch S _{K1 has reached} the value of the intermediate circuit current, the switch S 1 of the converter can be switched off. Due to the now following oscillation process, the switch capacitors C _{p of} the switches S 1 and S 2 are reloaded. The current-taking switch switches on at zero voltage. The current in switch S _{K1 is} reduced due to the changed voltage conditions. When this current has reached zero, the switch S _K1 can be switched off passively.

Um einer Ladungsverschiebung der Filterkondensatoren vorzubeugen, kann das in Anspruch 11 oder 12 beschriebene Verfahren benutzt werden. Dadurch fließt während einer Pulsperiodendauer in der Drossel L_K ein Wechselstrom ohne Mittelwert. Fig. 5 zeigt die Stromverläufe in den Schaltern während einer Pulsperiodendauer mit Ladungsausgleich nach Anspruch 12. In order to prevent a charge shift of the filter capacitors, the method described in claim 11 or 12 can be used. As a result, an alternating current without a mean value flows in the inductor L _K during a pulse period. Fig. 5 shows the current profiles in the switches during a pulse period length with charge compensation according to claim 12.

Die Schaltung nach Fig. 6 entspricht einer dreiphasigen Stromrichterschaltung in Brückenschaltung. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird die Kommutierungseinrichtung mit einer Sternschaltung von Kondensatoren an den Stromrichter angeschlossen. Durch diese Schaltung werden nur zwei gesteuerte elektronische Bauelemente benötigt. Schalter S_K1 ist für die Kommutierung der Schalter S₁. . . S₃ und Schalter S_K2 für die Kommutierung der Schalter S₄. . . S₆ verantwortlich.The circuit of FIG. 6 corresponds to a three-phase inverter circuit in the bridge circuit. In contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 3, the commutation device is connected to the converter with a star connection of capacitors. With this circuit, only two controlled electronic components are required. Switch S _K1 is for commutation of the switch S₁. . . S₃ and switch S _K2 for the commutation of the switch S₄. . . S₆ responsible.

BezugszeichenlisteReference list

L_R: Reiheninduktivität zu den Hauptschaltern
C_p: Parallelkapazität zu den Hauptschaltern
L_K: Reiheninduktivität der Kommutierungseinrichtung
C_K: Reihenkapazität der Kommutierungseinrichtung
S_n: n-ter Hauptschalter des Stromrichters
S_Knn: n-ter Schalter der KommutierungseinrichtungL _R : Series inductance to the main switches
C _p : parallel capacitance to the main switches
L _K : series inductance of the commutation device
C _K : row capacitance of the commutation device
S _n : nth main switch of the converter
S _Kn n: nth switch of the commutation device

Claims

1. Circuit arrangement for energy transmission between a single-phase or multi-phase AC circuit and a DC circuit, using converter circuits in the center or bridge circuit, which control the energy flow between impedance-sensitive AC voltage sources and DC or AC circuits of lower frequencies, the bidirectionally live electronic switches anode and / or have cathode-side common connection points with the DC or AC circuit, which have two or more connection points with the AC voltage source, characterized in that the impedance-sensitive AC voltage sources are terminated with at least two capacitors connected in series, that the common connection points of the capacitors with the anodes - Or cathode-side connection points of the converter circuits in the center or bridge circuit are connected via a commutation device, which from d he series connection of an electronic switch S _K and either an inductance L _K or a capacitance C _K or a series connection of an inductance L _K and a capacitance C _K.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the electronic switch S _K carries bidirectional voltage and its unidirectional current flow is directed to the cathode-side or opposite to the anode-side connection.

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the electronic switch S _{K is} unidirectional voltage to the anode-side or opposite to the cathode-side connection and leads a bidirectional current flow.

4. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the electronic switch S _K carries bidirectional voltage and leads a bidirectional current flow.

5. Circuit arrangement according to one of claims 1, 2, 3 or 4, characterized in that the switch branches of the converter circuits in the center or bridge circuit have parallel capacitances C _p .

6. Circuit arrangement according to one of claims 1, 2, 3 or 4, characterized in that the switch branches of the converter circuits in the center or bridge circuit have series inductors L _R.

7. Circuit arrangement according to one of claims 1, 2, 3, 4, 5 or 6, characterized in that a common inductance L _K exists for the two commutation devices of the converter circuits in a bridge circuit.

8. A method for controlling the circuit according to one of claims 1, 2, 3, 4, 5 or 7, characterized in that
that the commutation from a current-carrying switch branch to a current-accepting switch branch of the converter circuits in the center or bridge circuit is initiated at a negative voltage across the current-accepting switch branch by switching off the current-carrying switch and by the passive switching on of the current-carrying switch at the point in time at which the voltage of the value Reached zero or a threshold voltage value, is ended,
that when the voltage across the current-taking switch branch is positive, the active switching on of the electronic switch S _K starts a first commutation section, which ends with the passive switching off of the current-carrying switch at the point in time at which its current reaches zero or a threshold current value,
a second subsequent commutation section which lasts until the current-taking switch is switched on passively at the point in time at which its voltage reaches zero or a threshold voltage value
a subsequent third commutation section, which is ended with the passive switch-off of the electronic switch S _K at the point in time at which its current reaches the value zero.

9. A method for controlling the circuit according to one of claims 1, 3, 5 or 7,
that the commutation from a current-carrying switch branch to a current-accepting switch branch of the converter circuits in the center or bridge circuit is initiated at a negative voltage across the current-accepting switch branch by switching off the current-carrying switch and by the passive switching on of the current-carrying switch at the point in time at which the voltage of the value Reached zero or a threshold voltage value, is ended,
that when the voltage across the current-taking switch branch is positive, the active switching on of the electronic switch S _K starts a first commutation section, which ends with the passive switching off of the current-carrying switch at the point in time at which its current reaches zero or a threshold current value,
a second subsequent commutation section is ended until the current-taking switch is actively switched on at the point in time at which the capacitor C _{K has} again reached the value of the voltage before commutation.

10. The method for controlling the circuit according to one of claims 1, 3, 6 or 7, characterized in that
that the commutation from a current-carrying switch branch to a current-accepting switch branch of the converter circuits in the center or bridge circuit is initiated at a positive voltage across the current-accepting switch branch by the active switching on of the current-carrying switch and by the passive switching off of the current-carrying switch at the time when the current thereof Has reached zero or a threshold current value is ended,
that when the voltage across the current-taking switch branch is negative, the active switching on of the electronic switch S _K starts a first commutation section which ends with the passive switching off of the current-carrying switch at the point in time at which its current reaches zero or a threshold current value,
a second subsequent commutation section is ended until the current-taking switch is actively switched on at the point in time at which the capacitor C _{K has} again reached the value of the voltage before commutation.

11. The method for controlling the circuit according to one of claims 1, 4, 5, 7 or 8, characterized in that
that the commutation from a current-carrying switch branch to a current-accepting switch branch of the converter circuits in the center or bridge circuit with a negative voltage across the current-accepting switch branch is switched on before the current-carrying switch is switched off and the switch S _{K is} switched off after the end of the commutation by the current zero crossing.

12. A method for controlling the circuit according to one of claims 1, 4, 5, 7 or 8, characterized in that
that anode-side / cathode-side commutation processes are followed by cathode-side / anode-side commutation processes, such that
that the current through the common inductance L _{K has} no mean value within a defined time period.