DE19832225A1 - Vierquadrantenumrichter für mittlere und höhere Spannungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Umrichter für einen Vier-Quadranten-Betrieb für mittlere und höhere Spannungen. Die Entwicklung auf dem Sektor der Umrichter gewinnt bei der weiteren Erhöhung ihrer Leistungsdichte und Leistungsfähigkeit zunehmend an Bedeutung. Der Trend zu immer höheren Eingangs-, Arbeits- und/oder Ausgangsspannungen bei Umrichtern der Leistungsklasse ist erkennbar. DOLLAR A Es wird ein Vierquadrantenumrichter für ein- und mehrphasige Verbraucher zur Erzeugung von amplituden- und frequenzvariablen Ausgangsgrößen vorgestellt, der aus Einphasendirektumrichterzellen mit einer dreiphasigen Einspeisung (U¶R¶, U¶S¶, U¶T¶), aus einem Trenntransformator, mit Hochfrequenzfiltern und Leistungsschaltern aufgebaut und dadurch gekennzeichnet ist, daß die Einphasendirektumrichterzellen in Reihe und über einen Sternpunkt der zugehörigen Transformator-Sekundärwicklung gespeist, geschaltet sind, die Hochfrequenzfilter in Form von Kondensatoren in Dreieck- oder Sternschaltung mit den zugehörigen Transformator-Sekundärwicklungen verbunden sind und die Leistungsschalter (S¶R¶, S¶S¶, S¶T¶) bidirektionale Leistungshalbleiterbauelemente oder deren Ersatzschaltungen sind, während die Leistungsausgänge bei dreiphasiger Ausführung des Umrichters in Stern- oder Dreieck-Schaltung ausgeführt sind.

Description

Die Erfindung beschreibt einen Umrichter für einen Vier-Quadranten-Betrieb für mittlere und höhere Spannungen nach den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1. Umrichter sind mehrfach aus der Literatur bekannt. Die Entwicklung auf dem Sektor der Umrichter gewinnt bei der weiteren Erhöhung ihrer Leistungsdichte und Leistungsfähigkeit zunehmend an Bedeutung. Insbesondere ist der Trend zu immer höheren Eingangs-, Arbeits- und/oder Ausgangsspannungen bei Umrichtern der Leistungsklasse erkennbar.

In US 5,625,545 wird ein den Stand der Technik entsprechender und mit der eigenen Zielstellung vergleichbarer Umrichter vorgestellt. Bei Umrichtern nach dieser Veröffentlichung ist jedoch kein Vier- Quadranten- Betrieb möglich. Für einseitige Energieflußrichtungen, wie das beispielhaft bei Förderpumpen gegeben ist, ist eine solche Schaltung sehr sinnvoll anwendbar, wobei sehr große Zwischenkreiskondensatoren erforderlich sind.

Der Vier- Quadranten- Betrieb von Umrichtern wird in DE 40 26 955 C2 hinlänglich beschrieben. Dargestellt wird dort der gesamte Zusammenhang der Gestaltung von Umrichtern für ein- und mehrphasige Versorgungsspannungen und ein- und mehrphasige Verbraucher, auch im Vier- Quadranten- Betrieb. Alle solchen Umrichtern zuzuordnenden Merkmale sind dort aufgezählt. Die Anwendung dieser Prinzipien endet mit Spannungsbereichen, die maximal als Sperrspannung der einzelnen Leistungsschalter der zwei in Reihe geschalteten Halbleiter­ schalter gegeben sind. Für die eigene Aufgabenstellung sind solche Arbeitsbereiche nicht interessant, wenn auch nach deren Prinzipien solche Umrichter aufgebaut werden können.

Von S. Malik und D. Kluge wird in der Zeitschrift ABB -Technik 2/98 ein Drehstromantrieb für den Mittelspannungsbereich bis zu 6.900 Volt vorgestellt, der den Stand der Technik auf dem Gebiet der eigenen Aufgabenstellung darstellt. Über einen Isolationstransformator wird die Eingangsspannung für eine für den Zweiquadrantenbetrieb geeignete Dioden- Eingangs­ brücke bereitgestellt. Über einen dreistufigen Spannungszwischenkreisinverter wird die Ausgangsspannung für die Last formatiert.

M. Spitz stellt in der Zeitschrift "engineering & automation" 2/98 in einem Beitrag "Innovation im Bereich Mittelspannungsantriebe" einen dem Stand der Technik entsprechenden Umrichter, der für einen Vier- Quadranten- Betrieb geeignet ist, vor. Solche Umrichter sollen für die genormten Mittelspannungen 2,3 kV, 3,3 kV, 4,16 kV und später auch für 6,9 kV geeignet sein und Ausgangsleistungen von 4 MVA erbringen. Im Aufbau besitzt diese Ansteuertechnik einen Eingangsstromrichter, der aus den Sekundärwicklungen des Trenntransformators gespeist wird und der im Bremsbetrieb eine Energierückspeisung ins Netz ermöglicht.

Das Anliegen der eigenen Aufgabenstellung besteht in der Gestaltung von Umrichteraus­ führungen für solch hohe Spannungen, die durch hochsperrende Einzelschaltungen nach dem Stand der Technik nicht mehr ermöglicht werden können.

Eine Methode dazu wird in DE 196 35 606 A1 vorgestellt. Aus mehreren niedervoltigen Gleichspannungsquellen werden durch Reihenschaltung höhere Wechselspannungen erzielt.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, einen Vierquadrantenumrichter für mittlere und höhere Spannungen darzustellen, der als Direkt- Frequenzumrichter zur Erzeugung von amplituden- und frequenzvariablen Ausgangsgrößen geeignet ist.

Die Aufgabe wird bei Umrichtern der dargestellten Art durch die Maßnahmen des kennzeichnenden Teiles des Anspruches I gelöst, bevorzugte Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen aufgezeigt.

Erfindungsgemäß wird ein für hohe Spannungen geeigneter Direkt- Frequenzumrichter durch eine Reihenschaltung aus hier sogenannten "Zellen" dargestellt. Diese Zellen können bei Drehstrom über eine Sternpunktschaltung oder eine Zickzack- Schaltung aus Transformator- Sekundärwicklungen elektrisch versorgt werden. Eine ausgangsseitige Mehrphasigkeit wird durch entsprechende schaltungstechnische Verknüpfung erreicht.

Die auf solch einer Grundlage gebildeten Umrichter sind vielfältig darstellbar und somit vielseitig einsetzbar. So kann bei einreihiger Aufbauweise aus einer Drehstromversorgung Hochspannungs- Gleichstrom erzeugt werden und in umgekehrter Weise nach der Übertragung wiederum Drehstrom mittels eines gleichartigen Umrichters erzeugt werden, wobei Frequenz und Amplitude frei wählbar sind.

Erfindungsgemäße Umrichter können als Gleichrichter für Netz- oder Mittelhochspannungen für die Versorgung von Gleichstrommotoren arbeiten, jedoch im Bremsbetrieb als Generator rückspeisungsfähigen Strom in die Versorgungsleitung zurückspeisen, wenn eine oder zwei Zellenreihen in der Umrichterschaltung aufgebaut wurden.

Bei Aufbau von drei parallelen Zellenreihen sind Schaltungsanordnungen herstellbar, die als Drehstrom- Drehstrom- Direkt- Frequenzumrichter bei drehzahlgesteuerten Antrieben mit Asynchron- oder Synchronmotoren ohne Begrenzung der Eingangsspannung für Motoren arbeiten.

Sehr vorteilhaft ist die Anwendung der erfinderischen Lösung eines dreireihigen Zellenaufbaus als Drehstrom- Drehstrom- Direkt- Frequenzumrichter zur Erzeugung bzw. zum direkten Verbinden von Versorgungsnetzen mit unterschiedlicher Frequenz, wie sich das beispielhaft bei dem Übergang vom 50 Hertz- zum 60 Hertz- Netz oder umgekehrt darstellt.

Eine nach dieser Erfindung mögliche neuartige Schaltungsanordnung, ein Matrix- Mittelpunkt- Stromrichter, gibt neuartige Möglichkeiten der Nutzung der Zellen in Schaltungsanordnungen an. Die folgenden Funktionen bzw. Eigenschaften sind beispielhaft schaltungstechnisch realisierbar:

• 1. Direkte bidirektionale Umwandlung von Eingangsgrößen (dreiphasige Spannung/Strom) zu Ausgangsgrößen ohne spannungs- oder stromeingeprägte Zwischenkreise.
• 2. Annähernd sinusförmige Netzstromaufnahme durch die Anwendung entsprechender Transformator- Schaltgruppen und entsprechenden HF- Pulsverfahren der Leistungsschalter.
• 3. Sinusförmige Laststromabgabe, bedingt durch die entsprechenden Hochfrequenz Pulsverfahren der Leistungshalbleiterschalter.
• 4. Geringe Durchlaßverluste des Schaltungsaufbaus in der Art, daß pro Zelle nur jeweils ein Leistungshalbleiterschalter in Reihe geschaltet wird.
• 5. Erreichen einer galvanischen Trennung von Eingangs- und Ausgangsgrößen.
• 6. Erreichen eines Übersetzungsverhältnisses von 0,866 (Verhältnis der Ausgangsspannung zu der Transformatorausgangsspannung) ohne Anwendung von dritten Oberwellen, denn bei zwei in Reihe geschalteten Zellen kann der Wicklungssinn der sonst gleich ausgebildeten Sekundärwicklungen gegenläufig gewählt werden. Matrix- Converter nach dem Stand der Technik erreichen beispielhaft ein Verhältnis von 0,5 und bei Zuführen einer dritten Oberwelle an der Eingangs- und Ausgangsseite ein Verhältnis von 0,866.
• 7. Erzielen eines höheren Übersetzungsverhältnisses bis hin zu 1, wenn der Ausgangsspannung eine dritte Oberwelle mit 16,6% Anteil zugeführt wird.

Nachfolgend werden die Erfindungsgedanken an Hand von skizzenhaften Darstellungen in den Fig. 1 bis 7 näher erläutert:

Fig. 1 erläutert den Begriff des bidirektionalen Hauptschalters.

Fig. 2 bis Fig. 5 stellen mögliche Zellenformen in ihrem Aufbau dar, wie sie Grundlage für die erfinderischen Lösungen sind.

Fig. 6 skizziert eine erfindungsgerechte einreihige Anordnung von Zellen als Beispiel für die Erzeugung einer Zweizellen- Summenspannung durch Reihenschaltung von zwei Zellen.

Fig. 7 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung für einen dreiphasigen Ausgang.

Fig. 1 erläutert den Begriff des bidirektionalen Hauptschalters. Das Symbol 1a für diesen Hauptschalter kann unterschiedliche bidirektionale Grundschaltungen der Leistungshalbleiter­ bauelemente repräsentieren. In 1b ist in einem Zweig ein Leistungshalbleiterbauelement (z. B. MOSFET oder IGBT nach dem Stand der Technik) mit in Reihe geschalteter Leistungsdiode geschaltet. Die Ansteuerung der Leistungshalbleiterbauelemente durch den Treiber schaltet den jeweiligen Transistor auf Durchlaß in der vorgegebenen Zeit.

Die in Reihe geschalteten Dioden sind notwendig, um die Sperrspannung in Rückwärtsrichtung zu übernehmen, denn die MOSFET oder IGBT besitzen keine solche Spannungssperrmöglichkeit.

In Fig. 1c zeigt einen Hauptschalter als Viersegmentschalter, wie er auch in DE 196 34 905 A1 beschrieben ist. Dieser Schalter besteht aus zwei Leistungshalbleiterbauelementen (wie Bipolartransistoren, MOSFET, MCT, bidirektionale Transistoren oder IGBT) und zwei Inversdioden, wobei die Dioden und Transistoren jeweils parallel geschaltet sind und beide Parallelschaltungen in Serie liegen. Die Emitter beider Transistoren liegen an einem Ausgang, so ist nur eine, entweder die positive oder die negative, Hilfsstromversorgung für beide Treiber erforderlich.

Fig. 1d stellt die in den erfinderischen Zellen auch mögliche Ausführung des Hauptschalters in Form von ausschließlich zwei antiparallel geschalteten Leistungshalbleiterbauelementen dar. Solche Hauptschalter müssen bidirektional sperrend sein, wie sie durch EP 0 330 122 A1 als Non- Punch- Through- IGBT (NPT- IGBT) bekannt sind. Ein Reihenschalten von Dioden entfällt bei solchen Leistungshalbleiterbauelementen, was zu geringsten Durchlaßverlusten und minimalem Kostenaufwand führt.

Fig. 2 stellt einen möglichen Zellenaufbau dar. Aus einer Drehstromspannungsquelle (U_R, U_S, U_T) erfolgt die dreiphasige Speisung der Vierquadranten-Einphasen-Direktumrichterzelle. Drei Sekundärwicklungen (U_R, U_S, U_T) stellen die für die Umformung erforderliche Spannung bereit. Die Streuinduktivitäten dieser Sekundärwicklungen (L_σR, L_σS, L_σT) bilden zusammen mit den nachgeschalteten Hf- Kondensatoren (C_RS, C_ST, C_RT), die wahlweise in Dreieck- oder in Sternschaltung (wie in Fig. 3 dargestellt) angeordnet werden können, einen HF- Filter. Drei Schalter (S_R, S_S, S_T), wie zu Fig. 1 beschrieben, werden aus handelsüblichen Standard- Leistungshalbleiterbauelementen, wie oben aufgeführt, aufgebaut. In Schaltersternschaltung verbunden ergibt sich ein Ausgang der Zelle (K). Der zweite Ausgang (L)wird durch den Sternpunkt der zugehörigen Transformatorwicklung gebildet.

Fig. 4 stellt einen dritten möglichen Zellenaufbau dar. Der Unterschied zu Fig. 3 besteht in einer anderen Einbindung der HF-Kondensatoren (C_R, C_S, C_T), die in Sternschaltung miteinander und zum Sternpunkt der zugehörigen Transformatoren verbunden sind.

Fig. 5 stellt eine weitere mögliche Zellenform in ihrem Aufbau dar, wie sie Grundlage für die erfinderischen Lösungen sein kann. Die drei Transformatorwicklungen speisen die Zelle mit Energie. Die Streuinduktivitäten der Sekundärwicklungen (L_σR, L_σS, L_ΣT) werden zusammen mit den nachgeschalteten Hf- Kondensatoren (C_RS, C_ST, C_RT) als HF-Filter genutzt. Es sind sechs bidirektionale Hauptschalter vorgesehen. Diese Schaltungsvariante beinhaltet den Nachteil der doppelten Durchlaßverluste im Vergleich zu den Schaltungen der Zellen nach Fig. 2 bis 4, weil pro Zelle immer zwei Transistoren und zwei Dioden in Reihe gleichzeitig auf Durchlaß geschaltet sind. Die hier erreichbare Ausgangsspannung U_LK beträgt maximal 1,5 der Spannungen U_R, U_S, U_T. Die Vorteile liegen jedoch in einer besseren Ausnutzung der Transformator- Sekundärwicklungen.

Fig. 6 skizziert eine erfindungsgerechte einreihige Anordnung von Zellen als Beispiel für die Erzeugung einer Zweizellen- Summenspannung durch Reihenschaltung von zwei Zellen. Die beiden dargestellten Zellen sind über 180°el verschobene Sekundärwicklungen versorgt. Durch Reihenschaltung eines Vielfachen davon können aus einer Energiequelle mit den dreiphasigen Eingängen (U_R, U_S, U_T) und der Frequenz und Spannung der Sekundärwicklungen eines Trenntransformators Energien als einphasige Ausgänge mit einer beliebig hohen, durch die Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen bestimmten Spannung zwischen den Schaltpunkten L_p1 und K_pn (wobei n eine natürliche gerade Zahl darstellt) und einer beliebig eingestellten Frequenz gewonnen werden.

Fig. 7 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung für einen dreiphasigen Ausgang. Aufbauten nach Fig. 6 können in drei Reihen, verbunden über eine Sternschaltung, einen dreiphasigen Wechselstrom (der Reihen A, B, C) mit beliebig eingestellter Frequenz und beliebig hoher Spannung liefern.

Zur Veranschaulichung der Dimensionierung eines solchen Umrichters wird ein Beispiel aufgezeigt, das mit den Mitteln des Standes der Technik nur wesentlich kostenungünstiger oder überhaupt nicht realisiert werden kann.

Angenommen wird ein Antrieb für einen Vierquadrantenbetrieb mit einer Betriebsspannung von 10.000 Volt und einer Ausgangsleistung von 10 Megawatt. Der beispielhaft berechnete Umrichter wird nach dem in Fig. 7 aufgezeigten Schaltmuster aufgebaut. Es sind in solch einem Beispiel 54 Einphasendirektumrichterzellen erforderlich, die in drei parallelgeschalteten Reihen von n = 18 Zellen ausgangsseitig die erforderliche Leistung erbringen. Dabei soll erwähnt sein, daß von der Last (Motordaten: U = 3×10 kV, cosϕ = 0,85, η = 0,95) ein Strom von 715 Ampere aufgenommen wird.

In den 54 Einphasendirektumrichterzellen sind insgesamt 162 bidirektionale Leistungshalb­ leiterbauelemente mit einer Sperrspannungsbelastbarkeit von mindestens 1.200 Volt oder insgesamt 324 IGBT(nach den angegebenen Ersatzschaltbildern der Fig. 1) und die gleiche Menge Dioden (nach Fig. 1b und 1c) eingebaut. Jeder IGBT- Schalter leistet 292 A_eff oder 119 A_AV Mittelstrom. Die Kondensatoren (C_RS, C_ST, C_RT) müssen 175 µF Kapazität bei 600 Volt (ac) aufnehmen, es sind 162 Stück erforderlich.

Aus diesem Beispiel ist ersichtlich, daß mit den erfinderischen Einphasendirektumrichterzellen neuartige Antriebstechniken realisierbar sind.

Eine erfinderische Schaltungsanordnung besteht wegen der Ausnutzung der Transformator- Sekundär-Spannung aus mindestens zwei, oder einer davon vielfachen Anzahl, Zellen, die in Reihe geschaltet sind, über eine Sternschaltung können zur Erzeugung von Drehstrom­ ausgängen drei parallele Reihen aufgebaut werden, es können jedoch beliebig viele Zellenreihen über eine Sternschaltung parallel geschaltet werden, um eine entsprechende Anzahl von Ausgangsphasen aufzubauen. Die Zellenreihen können auch einen verketteten Ausgang über eine Dreieckschaltung erhalten, um eine entsprechende Ausgangsspannung zu gewinnen.

In jeder Zelle wird aus einem dreiphasigen Eingang (U_R, U_S, U_T) durch direkte Umformung der Drehstromwechselspannung in eine einphasige Spannung ein einphasiger Ausgang (K1-L1 bis Kn-Ln) mit beliebiger durch die Ansteuerung der Leistungsschalter festzulegender Frequenz erzeugt.

Durch die Reihenschaltung können beliebig hohe Spannungen entsprechend der Größe der Zahl (n) der in Reihe geschalteten Zellen erzeugt werden, wobei jede einzelne Zelle einen Matrix-Mittelpunkt-Stromrichter darstellt. Jeder Ausgang List der Sternpunkt der Sekundärwicklung des Trenntransformators.

Jede Wicklung ist an einen bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter angeschlossen. Die drei bidirektionalen Schalter sind ihrerseits in Sternschaltung verbunden, dieser Sternpunkt bildet den zweiten Ausgang K_i. Die bidirektionalen Schalter können als solche nach dem Stand der Technik monolithische Chips der Leistungsklasse sein oder in Form von Ersatzschaltungen durch konventionelle Schalter, wie in Fig. 1 dargestellt, zusammengeschaltet werden. Der in dieser Weise realisierte Zellenaufbau gestattet einen Energiefluß in beide Richtungen.

Die Hochfrequenzschwingungen, die durch das Schalterpulsverfahren der Halbleiterschalter entstehen, werden durch ein HF- Filter (HF- Kondensatoren zusammen mit den Sekundär­ wicklungen) unterdrückt, so daß sie nicht über die Primär- Transformatorwicklungen zu Netzstörungen führen.

Die den Zellen vorgeschaltete Stromversorgung in Form des Trenntransformators besitzt auf der Primärseite für Mittel- und Hochspannungen geeignete Wicklungen. Die Sekundärseite muß in deren Wicklungen für die Arbeitsspannungen der eingesetzten Halbleiterleistungsschalter geeignet sein.

Durch das HF- Pulsverfahren ist der Zellenausgang innerhalb der Schaltperiode beliebig in den Grenzen der positiven und negativen Augenblickswerte aller drei Phasenspannungen der Transformator-Sekundärwicklungen einstellbar.

Die Verzerrung der sinusförmigen Ausgangsspannung einer Zelle wird durch die zweite in Reihe geschaltete Zelle ausgeglichen. Die Zelle, die eine größere Spannung zur Verfügung gestellt erhalten hat, produziert eine höhere, aber nicht sinusförmige Ausgangsspannung, während die zweite Zelle mit der geringeren Spannung eine niedere, gleichfalls nicht sinusförmige Ausgangsspannung. Beide Spannungen überlagert ergeben zusammen eine sinusförmige Ausgangsspannung.

Pro Zelle werden Ausgangsstrom und Eingangsspannung gemessen, im Vergleich mit den vorgegebenen Sollwerten erfolgt die Ansteuerung der bidirektionalen Schalter. Sind sowohl Ausgangsstrom und -spannung positiv oder negativ, dann wird die Energie an die Last übergeben, sind Spannungs- und Stromrichtung unterschiedlich, dann wird die Energie von der Last übernommen, wodurch der Vierquadrantenbetrieb realisiert wird.

Die Ansteuerung der einzelnen Zellen setzen neue Maßstäbe in Relation zu den vergleichbaren Umrichtern des Standes der Technik. Die Treiber von erfinderischen Schaltungsanordnungen haben neben einer größeren Vielzahl von Leistungsschaltern, abhängig von der Höhe der zu erzeugenden Ausgangsspannungen, zusätzlich eine größere Variationsbreite der Ansteuerung jedes einzelnen bidirektionalen Schalters als Grundlage der Schaltprozesse zu berücksichtigen.

Claims (7)

1. Vierquadrantenumrichter für mittlere und höhere Spannungen für ein und mehrphasige Verbraucher zur Erzeugung von amplituden- und frequenzvariablen Ausgangsgrößen aufgebaut aus Einphasendirektumrichterzellen mit einer dreiphasigen Einspeisung (U_R, U_S, U_T) aus einem Trenntransformator, mit Hochfrequenzfiltern und Leistungsschaltern dadurch gekennzeichnet, daß die Einphasendirektumrichterzellen in Reihe geschaltet sind, deren Hochfrequenzfilter in Form von Kondensatoren (C_RS, C_ST, C_RT) in Dreieck- oder Sternschaltung oder Sternschaltung mit den zugehörigen Transformatorsekundärwicklungen verbunden sind, deren Leistungsschalter (S_R, S_S, S_T, bzw. S_R1, S_S1, S_T1 S_R2, S_S2, S_T2) bidirektionale Leistungshalbleiterbauelemente oder entsprechende Ersatzschaltungen sind und deren Leistungsausgang (L₁-K_n) einphasig ausgeführt ist.

2. Vierquadrantenumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe der Einphasendirektumrichterzellen aus einer Menge (n) von Einzelzellen nach Fig. 2, 3, 4 oder 5 besteht und die Zahl n durch die Höhe der zu gewinnenden Spannung bestimmt wird, wobei die Sekundärwicklungsspannungen von zwei benachbarten Zellen zueinder um 180°el phasenverschoben sind.

3. Vierquadrantenumrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der aus n Gliedern bestehenden Reihen parallel geschaltet worden sind, um einen mehrphasigen Ausgang zu realisieren.

4. Vierquadrantenumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einphasendirektumrichterzelle einen Matrix-Mittelpunkt-Stromrichter darstellt, dessen Leistungseingang über einen Sternpunkt der zugehörigen Drehstrom- Transformator-Sekundärwicklung gespeist wird, dessen Leistungsausgang (L) durch den Sternpunkt der zugehörigen Transformator-Sekundärwicklung und dessen Leistungsausgang (K) durch den Sternpunkt der in Reihe mit den Sekundärwicklungen geschalteten Leistungsschalter (S_R, S_S, S_T) gegeben sind.

5. Vierquadrantenumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einphasendirektumrichterzelle einen einphasigen Matrix-Stromrichter darstellt, dessen Leistungsausgang (L) durch den Sternpunkt der Leistungsschalter (S_R1, S_S1, S_T1) gegeben ist und dessen Leistungsausgang (K) durch den Sternpunkt der geschalteten Leistungsschalter (S_R2, S_S2, S_T2) gegeben ist, wobei jeder Leistungsschalter andererseits mit der zugehörigen Transformator- Sekundärwicklung geschaltet ist.

6. Vierquadrantenumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformator-Sekundärwicklungen, mit den ihnen eigenen Streuinduktivitäten (L_σR, L_σS, L_σT), zusammen mit den Kondensatoren (C_RS, C_ST, C_RT) als Hochfrequenzfilter zur Dämpfung der Schaltfrequenzoberwellen ausgebildet sind.

7. Vierquadrantenumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trenntransformator mit den Primärwicklungen für mittlere und hohe Spannungen ausgelegt ist und dessen Sekundärwicklungen in Anzahl und Wicklungsausführung den Arbeitsspannungen der Leistungsschalter angepaßt ist.