DE19913634C2 - Vorrichtung zur Steuerung abschaltbarer Halbleiterschalter eines netzseitigen Stromrichters eines Spannungszwischenkreis-Umrichters - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung abschaltbarer Halbleiterschalter eines netzseitigen Strom­ richters eines Spannungszwischenkreis-Umrichters gemäß Ober­ begriff des Anspruchs 1.

In dem Siemens-Katalog DA 65.2 mit dem Titel "SIMOVERT MASTER DRIVES - Spannungszwischenkreis-Umrichter für Drehstroman­ triebe, Schaltschränke 6SE71, 37 kW bis 1500 kW", von 1997, werden drei verschiedene Umrichtertopologien vorgestellt. Das Unterscheidungsmerkmal dieser drei Umrichtertopologien ist die Art der Gleichspannungs-Einspeisung. Zwei von diesen drei Umrichtertopologien werden anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert:

Gemäß der Darstellung nach Fig. 1 bzw. 2 besteht der Span­ nungszwischenkreis-Umrichter 2 aus einem netzseitigen Strom­ richter 4, einem Spannungszwischenkreis 6 und einem lastsei­ tigen Stromrichter 8. In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist als netzseitiger Stromrichter 4 eine 6-pulsige unge­ steuerte Gleichrichterbrücke vorgesehen. Bei beiden Umrich­ tertopologien sind jeweils als lastseitiger Stromrichter 8 ein Pulswechselrichter mit abschaltbaren Halbleiterschaltern, insbesondere mit Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBT), vorgesehen. In der Praxis wird der netzseitige Stromrichter 4 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 nach Fig. 1 auch als ungeregelter Einspeise-Einheit bezeichnet. Die Einspeise-Ein­ heit 4 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 weist als Halbleiterschalter Dioden D1, . . ., D6 auf, wodurch nur ein E­ nergiefluß vom Netz 10 zu den Gleichspannungs-Schienen 12 und 14 möglich ist. Soll auch ein generatorischer Betrieb möglich sein, ist eine Bremseinheit 16 erforderlich, die elektrisch parallel zum Spannungszwischenkreis 6 geschaltet ist. Diese Bremseinheit 16 weist einen Bremswiderstand 18, insbesondere einen Pulswiderstand, und einen Gleichstromstel­ ler 20 auf. Der Pulswiderstand 18 wird so angesteuert, daß die im Generatorbetrieb ansteigende Zwischenkreisspannung auf einen zulässigen maximalen Wert begrenzt wird. Der Gleich­ stromsteller 20 ist im Umrichtergerät 2 untergebracht, wobei bei größeren Bremsleistungen ein externes Bremswiderstandsge­ rät bereitgestellt werden muß.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist als netzseitiger Stromrichter 4 ein selbstgeführter Pulsstromrichter mit ab­ schaltbaren Halbleiterschaltern T1, . . ., T6, insbesondere Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBT), vorgesehen. Dieser selbstgeführte Pulsstromrichter arbeitet als Gleichrichter oder als Wechselrichter. Dadurch ist ein Energiefluß vom Netz 10 zu den Gleichspannungs-Schienen 12 und 14 und umgekehrt möglich. Deshalb wird dieser selbstgeführte Pulsstromrichter auch als selbstgeführte, gepulste Einspeise-Rückspeise-Ein­ heit bzw. als Active-Front-End bzeichnet. Der Netzstrom ist durch die Verwendung eines Active-Front-End nahezu sinusför­ mig, d. h., die Netzrückwirkungen sind minimal.

Gegenüber der ungeregelten Einspeise-Einheit ist die Zwi­ schenkreisspannung mittels der selbstgeführten, gepulsten Einspeise-Rückspeise-Einheit regelbar. Der Nachteil sind die hohen Kosten und der hohe Aufwand. Außerdem wird die selbst­ geführte, gepulste Einspeise-Rückspeise-Einheit dann verwen­ det, wenn hohe Anforderungen bezüglich der Netzrückwirkungen gestellt werden oder wenn eine hohe Bremsleistung anfällt, obwohl keine geregelte Zwischenkreisspannung benötigt wird.

Eine weitere Umrichtertopologie ist der Matrix-Umrichter, der im Gegensatz zum Spannungszwischenkreis-Umrichter ein Direkt­ umformer ohne Energiespeicher ist. Daher erreicht der Matrix- Umrichter ein geringeres Bauvolumen als der Spannungszwi­ schenkreis-Umrichter. Der Matrix-Umrichter weist neun bidirektionale Halbleiterschalter auf, die in den Kreuzungspunk­ ten der drei Zeilen und der drei Spalten angeordnet sind. Die drei Zeilen stellen die Netzleitungen U, V, W und die drei Spalten die Motorzuleitungen R, S, T dar. Ein bidirektionaler Halbleiterschalter besteht beispielsweise aus antiseriellen abschaltbaren Halbleiterschalter mit jeweils parallel ge­ schalteter Diode. Durch geschicktes Steuern dieser abschalt­ baren Halbleiterschalter kann sowohl netz- als auch motorsei­ tig ein sinusförmiger Strom gefahren werden. Der netzseitige Strom ist auf das Netz synchronisiert und hat gewöhnlich eine Phasenlage von 0° oder 180° el. gegenüber der jeweiligen Netzspannung. D. h. der Matrix-Umrichter ist rückspeisefähig.

Da der Matrix-Umrichter keinen Spannungszwischenkreis auf­ weist, ist dieser weniger robust gegenüber Netzunterbre­ chungen und Überspannungen auf dem Netz. Außerdem übernimmt das Netz die Rolle des Spannungszwischenkreises. Dazu sind Kondensatoren zwischen den Phasen am netzseitigen Eingang des Matrix-Umrichters geschaltet, die verhindern, daß die Span­ nungseinbrüche auf der Netzseite, insbesondere bei Netzen mit hoher Impetanz, über ein bestimmtes Maß hinaus gehen.

Aus der DE 35 39 027 A1 ist ein Steuerverfahren und eine Schaltungsanordnung für einen netzseitigen Stromrichter eines Spannungszwischenkreis-Umrichters bekannt. Bei diesen netz­ seitigen Stromrichter liegt parallel zu jeder Diode ein elektronisch steuerbarer Schalter. Die Einschaltphasen der elektronisch steuerbaren Schalter werden synchron zu den Leitphasen der zugeordneten netzgeführten Dioden gesteuert. Damit wird der netzseitige Stromrichter bidirektional für beide Stromrichtungen leitend und ist trotzdem vom netzge­ führten, ungesteuerten Typ. Die Einschaltinformationen für die elektronisch steuerbaren Schalter werden aus den Strömen eines Hilfsgleichrichters abgeleitet, der parallel zum netz­ seitigen Stromrichter am Wechselspannungsnetz liegt.

Aus der japanischen Offenlegungsschrift 59-153478 ist ein Spannungszwischenkreis-Umrichter mit einem netzseitigen Stromrichter bekannt, bei dem zu den abschaltbaren Halblei­ terschaltern jeweils eine Diode elektrisch antiparallel ge­ schaltet sind. Diese Halbleiterschalter werden mittels einer Einrichtung zur Generierung von Steuersignalen derart ange­ steuert, dass deren Einschaltphasen synchron zu den Leitpha­ sen der zugeordneten netzgeführten Dioden sind. Diese Ein­ richtung weist pro Phase zwei Komparatoren auf, die mittels eines Dreiphasen-Eingangsübertragers mit den Phasenleitern des Netzes elektrisch leitend verbunden sind. Diesen Kompara­ toren ist eine Logikschaltung aus sechs UND-Gattern nachge­ schaltet, an deren Ausgängen die Steuersignale der abschalt­ baren Halbleiterschalter anstehen. Die Sekundärwicklungen des Dreiphasen-Eingangsübertragers sind als Mittelpunkts-Wick­ lungen ausgeführt, deren Mittelpunkte mit Massepotential ver­ bunden sind. Die freien Enden dieser Sekundärwicklungen ist jeweils mit einer Schaltung bestehend aus einem Widerstand, einem Kondensator und einer Diode verbunden, die ausgangssei­ tig mit einem nichtinvertierenden Eingang eines Komparators verknüpft sind. An den invertierenden Eingängen dieser Kompa­ ratoren steht eine Gleichspannung an. Primärseitig sind die Primärwicklungen des Dreiphasen-Eingangsübertragers dreieck­ förmig verschaltet.

Aus der DE 33 10 898 C2 ist ebenfalls ein Dreiphasen-Rück­ speisegleichrichter bekannt. Mittels der zugehörigen Steuer­ schaltung werden die abschaltbaren Halbleiterschalter dieses Dreiphasen-Rückspeisegleichrichters jeweils während der Stromführungszeit, die durch die natürlichen Kommutierungs­ zeitpunkten bestimmt sind, seiner elektrisch antiparallel ge­ schalteten Dioden leitend geschaltet. Dazu weist diese Steu­ erschaltung für jede Phase drei Komparatoren, zwei UND- Gatter, eine Absolutwertschaltung, einen Differenzverstärker und einen Transformator auf. Jeder Transformator weist drei Sekundärwicklungen auf, von denen zwei elektrisch in Reihe geschaltet sind. Elektrisch parallel dazu ist ein Widerstand geschaltet, an dessen einem Ende eine Leiterspannung gegen Sternpunkt für eine Phase ansteht. Die ersten Sekundärwick­ lungen der drei Transformatoren sind in Dreieck geschaltet, wobei jeder Ausgang dieser Dreieckschaltung mit einem Strom­ messwiderstand versehen ist. Der Differenzverstärker ist ein­ gangsseitig elektrisch parallel zum Strommesswiderstand ge­ schaltet, an dessen Ausgang ein Leiterstrom einer Phase an­ steht. Mit Hilfe der drei Komparatoren und der beiden UND- Gatter werden aus einem Phasenstrom und einer Leiterspannung gegen Sternpunkt Steuersignale für die beiden abschaltbaren Halbleiterschalter einer Phase des Dreiphasen-Rückspeise­ gleichrichters derart erzeugt, dass diese Halbleiterschalter jeweils während der Stromführungszeit, die durch die natürli­ chen Kommutierungszeitpunkte bestimmt sind, seiner elektrisch antiparallel geschalteten Dioden leitend geschaltet sind.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zur Steuerung abschaltbarer Halbleiterschalter eines netzseitigen Stromrichters eines Spannungszwischenkreis- Umrichters derart zu verbessern, daß sich der Aufwand erheb­ lich verringert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeich­ nenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Dadurch, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung für jede Brü­ ckenhälfte des netzseitigen Stromrichters jeweils eine Ein­ richtung zur Generierung von Steuersignalen aufweist, wird pro Halbleiterschalter nur ein Komparatorpaar in Form zweier ausgangsseitig parallel geschalteter Komparatoren benötigt. Durch die eingangsseitige Verschaltung der Komparatorenpaare der beiden Einrichtung reduziert sich die Anzahl der benötig­ ten Widerstände auf drei. Dadurch ist der benötigte Platz für jede Einrichtung der Vorrichtung und deren Verdrahtungsauf­ wand minimal.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung zur Steuerung abschaltbarer Halbleiter­ schalter eines netzseitigen Stromrichters eines Spannungs­ zwischenkreis-Umrichters schematisch veranschaulicht ist.

Fig. 1 zeigt einen bekannten Spannungszwischenkreis-Um­ richter mit einer ungeregelten Einspeise-Einheit, die

Fig. 2 zeigt einen bekannten Spannungszwischenkreis-Um­ richter mit einer selbstgeführten, gepulsten Ein­ speise-Rückspeise-Einheit, die

Fig. 3 zeigt einen netzseitigen Stromrichter eines Span­ nungszwischenkreis-Umrichters mit der Topologie gemäß Fig. 2 mit einer erfindungsgemäßen Vorrich­ tung, in der

Fig. 4 sind in einem Diagramm über der Zeit t Phasen­ spannungen eines dreiphasigen Netzes dargestellt, wobei in der

Fig. 5 jeweils in einem Diagramm über der Zeit t ein Steuersignal der abschaltbaren Halbleiterschalter des Stromrichters gemäß Fig. 3 dargestellt sind, die

Fig. 6 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Einrichtung zur Generierung von Steuersignalen für abschaltbare Halbleiterschalter einer posi­ tiven Brückenseite des Stromrichters gemäß Fig. 3, die

Fig. 7 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Einrichtung zur Generierung von Steuersignalen für abschaltbare Halbleiterschalter einer negati­ ven Brückenseite des Stromrichters gemäß Fig. 3, die

Fig. 8 und 9 zeigen jeweils eine Ausführungsform einer poten­ tialfreien Versorgungseinrichtung für die Ein­ richtung gemäß Fig. 6 und die

Fig. 10 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform eines Spannungszwischen­ kreis-Umrichter, der die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet.

Die Fig. 3 zeigt den netzseitigen Stromrichter 4 des Span­ nungszwischenkreis-Umrichters 2 gemäß Fig. 2 mit einer er­ findungsgemäßen Vorrichtung. Diese Vorrichtung weist zwei Einrichtungen 22 und 24 zur Generierung von Steuersignalen S_T1, S_T3, S_T5 und S_T2, S_T4, S_T6 auf. Eingangsseitig sind diese beiden Einrichtung 22 und 24 jeweils mit den Phasen U, V, W des Netz 10 verknüpft. Die Einrichtung 24 für die abschaltbaren Halb­ leiterschalter T2, T4 und T6 ist außerdem mit einem Bezugs­ potential U -|Z der Gleichspannungs-Schiene 14 verbunden. Da die abschaltbaren Halbleiterschalter T2, T4 und T6 der nega­ tiven Brückenhälfte des Stromrichters 4 ein gemeinsames Po­ tential aufweisen, ist eine gemeinsame Ansteuereinrichtung 26 vorgesehen. Ausgangsseitig ist diese Ansteuereinrichtung 26 jeweils mit einem Steueranschluß der abschaltbaren Halblei­ terschalter T2, T4 und T6 verbunden. Da die abschaltbaren Halbleiterschalter T1, T3 und T5 als Bezugspotential eine Phasenspannung U_U, U_V und U_W aufweisen und diese zu beliebigen Zeitpunkten nicht gleich sind, weist jeder abschaltbare Halb­ leiterschalter T1, T3 und T5 eine eigene Ansteuereinrichtung 28, 30 und 32 auf. Dieses Ansteuereinrichtungen 28, 30 und 32 werden jeweils aus einer Spannungs-Versorgungseinrichtung 33 potential frei versorgt. Diese Spannungs-Versorgungseinrich­ tung 33 versorgt auch die Einrichtung 22 zur Generierung der Steuersignale S_T1, S_T3 und S_T5 für die abschaltbaren Halblei­ terschalter T1, T3 und T5 der positiven Brückenhälfte des netzseitigen Stromrichters 4.

Die Phasenspannungen U_U, U_V und U_W des Netzes 10 sind in der Fig. 4 in einem Diagramm über der Zeit t dargestellt. Dieser Darstellung kann man entnehmen, daß zu den Zeitpunkten t1 bis t6 jeweils Schnittpunkte K1, . . ., K6 zweier Phasenspannungen auftreten. Diese Schnittpunkte K1, . . ., K6 sind die natürlichen Kommutierungszeitpunkte eines ungesteuerten Gleichrichters.

In der Fig. 5 sind die erzeugten Steuersignale S_T1 bis S_T6 der abschaltbaren Halbleiterschalter T1 bis T6 des Stromrich­ ters 2 nach Fig. 3 jeweils in einem Diagramm über der Zeit t dargestellt. Zum Beispiel ist das Potential des Steuersignals S_T1 für die Zeit zwischen den Zeitpunkten t1 und t3 high. In dieser Zeitspanne t3-t1 ist die Phasenspannung U_U positiver als die Phasenspannung U_V und U_W. Solange die Phasenspannung U_V positiver als die Phasenspannung U_U und U_W ist, ist das Potential des korrespondierenden Steuersignals S_T3 high. Ge­ mäß diesem Schema erhält man alle Steuersignale S_T1 bis S_T6. Diese Steuersignale S_T1 bis S_T6 bewirken bei einem Stromrich­ ter 4 mit abschaltbaren Halbleiterschaltern T1 bis T6, daß diese Halbleiterschalter T1 bis T6 genau zu den Stromfüh­ rungszeiten, die durch die natürlichen Kommutierungszeit­ punkte K1, . . ., K6 bestimmt sind, der Dioden D1 bis D6 des un­ gesteuerten Gleichrichters des Spannungszwischenkreis-Umrich­ ters 2 nach Fig. 1 leitend sind. Dadurch sind zu diesen Zei­ ten t1, . . ., t6 nicht nur die Dioden D1 bis D6 für einen Ener­ giefluß vom Netz 10 zu den Gleichspannungs-Schienen 12 und 14 leitend, sondern auch die abschaltbaren Halbleiterschalter T1 bis T6 für einen Energiefluß von den Gleichspannungs-Schienen 12 und 14 zum Netz 10.

Damit diese natürlichen Kommutierungszeitpunkte K1, . . ., K6 einfach ermittelt werden können, weist die Vorrichtung gemäß der Erfindung zwei Einrichtungen 22 und 24 auf, von denen die Einrichtung 22 ist in der Fig. 6 und die Einrichtung 24 in der Fig. 7 näher dargestellt sind. Außerdem sind in diesen beiden Fig. 6 und 7 auch die An­ steuereinrichtungen 26, 28, 30 und 32 näher dargestellt.

Gemäß der Ausführungsform der Fig. 6 weist die Einrichtung 22 zur Generierung der Steuersignale S_T1, S_T3 und S_T5 sechs Komparatoren 34, 35, 36, 37 und 38, 39 auf. Die Eingänge je­ des Komparators 34 bis 39 sind mittels zweier Dioden auf ei­ nen vorbestimmten Spannungswert gegrenzt. Jeweils zwei Kompa­ ratoren 34, 35 bzw. 36, 37 bzw. 38, 39 sind ausgangsseitig parallelgeschaltet und mit einem Steuereingang der korrespon­ dierenden Ansteuereinrichtung 28 bzw. 30 bzw. 32 verknüpft. Außerdem sind die nichtinvertierenden Eingänge zweier paral­ lel geschalteter Komparatoren 34, 35 bzw. 36, 37 bzw. 38, 39 mit einem Bezugspotential U_U bzw. U_V bzw. U_W eines korrespon­ dierenden abschaltbaren Halbleiterschalters T1 bzw. T3 bzw. T5 verbunden. Die invertierenden Eingänge dieser Komparatoren 34 bis 39 sind mittels dreier Widerstände 40, 42 und 44 derart verknüpft, daß die parallel geschalteten Komparatoren 34, 35 bzw. 36, 37 bzw. 38, 39 dreieckförmig miteinander ver­ bunden sind. Bei der Darstellung der Komparatoren 34 bis 39 ist wegen der Übersichtlichkeit auf die Darstellung der Span­ nungsversorgung verzichtet worden. die Komparatoren 34, 35 bzw. 36, 37 bzw. 38, 39, die einem abschaltbaren Halbleiter­ schalter T1 bzw. T3 bzw. T5 zugeordnet sind, erhalten die gleiche Versorgungsspannung wie die zugehörige Ansteuerein­ richtung 28 bzw. 30 bzw. 32.

Mittels dieser Komparatorenschaltung werden folgende Bedin­ gungen für das Leitendschalten der abschaltbaren Halbleiter­ schalter T1, T3 und T5 überprüft:
T1 = EIN, wenn: U_UV < 0 und U_UW < 0
T3 = EIN, wenn: U_VU < 0 und U_VW < 0 und
T5 = EIN, wenn: U_WU < 0 und U_WV < 0

Durch die erfindungsgemäße Verschaltung der Komparatoren 34 bis 39 der Einrichtung 22 werden nur drei Widerstände 40, 42 und 44 und nur drei Eingangs-Anschlüsse benötigt. Dadurch ist der benötigte Platz für die Einrichtung 22 und deren Verdrah­ tungsaufwand minimal.

Die Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform der Ein­ richtung 24 zur Generierung von Steuersignalen S_T2, S_T4 und S_T6. Diese Einrichtung 24 weist ebenfalls sechs Komparatoren 46, 47, 48, 49, 50, 51 auf, von denen jeweils zwei ausgangs­ seitig parallel geschaltet sind. Außerdem weist diese Einrichtung 24 eine Begrenzerschaltung 52 auf, die eingangssei­ tig mit den Phasen U, V, W des Netzes 10 verknüpft ist. Ein­ gangsseitig weist diese Begrenzerschaltung 52 pro Phase einen Widerstand 54, 56 und 58 und ausgangsseitig eine Zenerdiode auf. Mittels dieser Begrenzerschaltung 52 werden aus den Wer­ ten der Phasenspannungen U_U, U_V und U_W komparatorverträgliche Werte. Die drei Ausgänge u, v und w dieser Begrenzerschaltung 52 sind mit den Komparatoren 46 bis 51 wie dargestellt ver­ knüpft. Jeder Ausgang zweier parallel geschalteter Komparato­ ren 46, 47 bzw. 48, 49 bzw. 50, 51 ist mit einem Steuerein­ gang eines korrespondierenden Teils der Ansteuereinrichtung 26 verknüpft.

Mittels dieser Komparatorschaltung werden folgende Bedin­ gungen für das Leitendschalten der abschaltbaren Halbleiter­ schalter T2, T4 und T6 der negativen Brückenhälfte des netz­ seitigen Stromrichters 4 eines Spannungszwischenkreis-Umrich­ ters 2 überprüft:
T2 = EIN, wenn: U_UV < 0 und U_UW < 0
T4 = EIN, wenn: U_VU < 0 und U_VW < 0
und T6 = EIN, wenn: U_WU < 0 und U_WU < 0

Auch bei dieser erfindungsgemäßen Verknüpfung der Komparatoren 46 bis 51 der Einrichtung 24 werden nur drei Eingangs-Anschlüsse benö­ tigt, so daß der benötigte Platzbedarf dieser Einrichtung 24 ebenfalls minimal ist.

In der Vorrichtung gemäß Fig. 3 ist eine Spannungs-Versor­ gungseinrichtung 33 dargestellt, die in Abhängigkeit der Pha­ senspannungen U_U, U_V und U_W Versorgungsspannungen V +|T1, V -|T1 bzw. V +|T3, V -|T3 bzw. V +|T5, V -|T5 für die Einrichtung 22 und den Ansteuer­ einrichtungen 28, 30 und 32 generiert. In den Fig. 8 und 9 ist jeweils eine vorteilhafte Ausführungsform dieser Span­ nungs-Versorgungseinrichtung 33 näher dargestellt. Diese bei­ den Ausführungsformen unterscheiden sich nur durch die Verschaltung der Kondensatoren 60, 62 und 64. In der Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 8 sind diese Kondensatoren 60, 62 und 64 in Dreieck und in der Ausführungsform gemäß der Fig. 9 in Stern geschaltet. Mit dieser Spannungs-Versorgungseinrichtung 33 wird außerdem eine zweite Aufgabe erfüllt, die darin be­ steht, die Netzspannung über einen Tiefpass zu glätten. Diese Glättung der Netzspannung ist erforderlich, da die abschalt­ baren Halbleiterschalter T1 bis T6 bei Störungen auf dem Netz 10 nicht in unendlich kurzer Zeit umkommutieren können. Die Zenerdioden 66 bestimmen die Versorgungsspannungen V +|T1, V -|T1 bzw. V +|T3, V -|T3 bzw. V +|T5, V -|T5. Da die Kondensatoren 60, 62 und 64 Energie aus dem Netz 10 speichern, werden diese Kondensatoren 60, 62 und 64 auch als Puffer-Kondensatoren bezeichnet. Gela­ den werden diese Puffer-Kondensatoren 60, 62 und 64 über die Dioden 68 und 70.

Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung, die das eingangs beschriebene bekannte Steuerverfahren aufwandsarm durchführt, bei einem netzseitigen Stromrichter 4 eines Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 ge­ mäß der Fig. 2 verwendet, so entfällt die aufwendige Rege­ lung und die Pulsweitenmodulation für diesen Stromrichter 4, wodurch sich der Kostenaufwand sehr verringert. Dieser netz­ seitige Stromrichter 4 mit der bekannten Steuerung, der auch als aktiver Gleichrichter bezeichnet werden kann, verhält sich nun in etwa der Gleichsspannungs-Einspeiseein­ heit des Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 gemäß Fig. 1, wobei nun jedoch eine Netzrückspeisung ohne die Verwendung einer Bremseinheit erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil gegen­ über der Ausführungsform mit einem ungesteuerten netzseitigen Stromrichter 4 besteht darin, daß die Zwischenkreisspannung U_ZK nahezu konstant, nämlich U_ZK = 1,35 . U_Netz ist. Bei der Aus­ führung des Stromrichters 4 gemäß Fig. 1 ist die Zwischen­ kreisspannung U_ZK vom Belastungszustand (U_ZK = 1,35 . . . 1,42 . U_Netz) und vom Einsatzpunkt des Pulswider­ standes 18 der Bremseinheit 16 (U_ZK < 1,6 . U_Netz) abhängt. Da man die Zwischenkreiskapazität des Spannungszwischenkreis-Umrich­ ters 2 in der Topologie der Fig. 2 mit der bekannten Steuerung des netzseitigen Stromrichters 4 fast beliebig ver­ größern kann, können auch mehrere lastseitige Stromrichter 8 an einem aktiven Gleichrichter betrieben werden.

Bei einem Spannungszwischenkreis-Umrichter 2 mit einem akti­ ven Gleichrichter 4 kann die Zwischenkreiskapazität soweit verringert werden, daß nur noch die Kommutierungszeit des aktiven Gleichrichters überbrückt werden muß. Die Rolle des Spannungszwischenkreises wird in dieser Ausführungsform, die in der Fig. 10 näher dargestellt ist, vom Netz 10 übernom­ men. In dieser Ausprägung verhält sich der Umrichter 2 gemäß Fig. 10 in etwa wie ein Matrix-Umrichter mit dem Unter­ schied, daß der netzseitige Strom prinzipbedingt nicht sinus­ förmig moduliert werden kann. Die Zwischenkreisspannung U_ZK schwankt in dieser Ausgestaltung des Umrichters 2 im gleichen Spannungsbereich wie die maximale treibende Spannung beim Matrix-Umrichter, d. h., die Zwischenkreisspannung U_ZK schwankt zwischen 1,21.U_Netz und 1,41.U_Netz. Die Zwischenkreis­ kapazität in dieser Ausführungsform des Umrichters 2 ist le­ diglich zum Überbrücken der Kommutierungszeit des netzseiti­ gen aktiven Gleichrichters 4 und um Überspannungsspitzen beim Schalten der abschaltbaren Halbleiterschalter des lastseiti­ gen Stromrichters zu minimieren. Als Puffer für den Kommutie­ rungsstrom des lastseitigen Stromrichters dient hier das Netz 10 in Verbindung mit den netzseitigen Kondensatoren 72, die jeweils zwischen zwei Phasen U, V, W des Netzes 10 angeordnet sind. Diese Kondensator-Anordnung muß wie beim Matrix-Umrich­ ter verhindern, daß die Spannungseinbrüche auf dem Netz 10 nicht über ein bestimmtes Maß hinausgehen. Somit erhält man mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine neue Umrich­ tertopologie gemäß Fig. 10, die von der Kostenseite eine echte Alternative zum Matrix-Umrichter darstellt.

Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für einen netzseitigen Stromrichter 4 eines Spannungszwi­ schenkreis-Umrichters 2 gemäß der Topologie nach Fig. 2 wird aus einer selbstgeführten, gepulsten Einspeise-Rückspeise- Einheit (active front end) ein aktiver Gleichrichter, der ei­ nen Vierquadrantenbetrieb zuläßt. Somit erhält man eine ko­ stengünstige Alternative zu einem Spannungszwischenkreis-Um­ richter 2 gemäß Fig. 1, wobei der Aufwand erheblich geringer ist als bei einem Spannungszwischenkreis-Umrichter 2 gemäß Fig. 2.

Claims (1)

1. Verfahren zur Steuerung abschaltbarer Halbleiterschalter (T1, . . ., T6) eines netzseitigen Stromrichters (4) eines Span­ nungszwischenkreis-Umrichters (2), denen jeweils eine Diode (D1 . . . D6) elektrisch antiparallel geschaltet sind, wobei den zu einer Brücke verschalteten Halbleiterschalter (T1, . . ., T6) mindestens eine Einrichtung (22, 24) zur Generierung von Steu­ ersignalen (S_T1, . . ., S_T6) zugeordnet ist, die ausgangsseitig jeweils mit Ansteuereinrichtungen (28, 30, 32, 36) der Halblei­ terschalter (T1, . . ., T6) verknüpft sind und eingangsseitig mit den Phasenleitern (U, V, W) des Netzes (10) verbunden sind, wo­ bei jeder Einrichtung (22, 24) zur Generierung von Steuersig­ nalen (S_T1, . . ., S_T6) jeweils eine Komparatorschaltung zugeord­ net ist, die pro Phase (U, V, W) zwei Komparatoren (34, 35, 36, 37, 38, 39, 46, 47, 48, 49, 50, 51) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brü­ ckenhälften des Stromrichters getrennt durch je eine Einrich­ tung (22, 24) angesteuert werden,
   von denen die der positiven Brückenhälfte zugeordnete Ein­ richtung (22) zur Generierung von Steuersignalen (S_T1, S_T3, S_T5) pro Halbleiterschalter (T1, T3, T5) ein Kompara­ torpaar in Form zweier ausgangsseitig parallelgeschalteter Komparatoren (34, 35, 36, 37, 38, 39) aufweist, deren Eingangs­ spannungsdifferenz jeweils durch ein antiparalleles Dio­ denpaar begrenzt wird, wobei an jeweils einem Eingang der Komparatoren (34, . . ., 39) eine Phasenspannung (U_U, U_V, U_W) an­ steht und die verbleibenden Eingänge über Widerstände (40, 42, 44) untereinander dreieckförmig verbunden sind, und
   von denen die der negativen Brückenhälfte zugeordnete Ein­ richtung (24) zur Generierung von Steuersignalen (S_T2, S_T4 S_T6) pro Halbleiterschalter (T2, T4, T6) ein Kompara­ torpaar in Form zweier ausgangsseitig parallelgeschalteter Komparatoren (46, 47, 48, 49, 50, 51) aufweist, wobei jeweils ein Komparatorpaar (46, 47) ein erstes Steuersignal (S_T2) durch den Vergleich von zwei auf eine komparatorverträgli­ che Spannung begrenzte Leiterspannungen (u-w, u-v), ein drittes Steuersignal (S_T6) durch den Vergleich des ersten Steuersignals (S_T2) mit der dritten auf komparatorverträg­ liche Spannung begrenzte Leisterspannung (v-w) und ein zweites Steuersignal (S_T4) durch den Vergleich des ersten (S_T2) und des dritten Steuersignals (S_T6) erzeugt.