DE202010007960U1 - DC/AC-Wandler - Google Patents

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Abstract

Wandler zum Umwandeln von Gleichspannung in Wechselspannung, wobei der Wandler einen DC/DC-Wandler (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler
einen Wechselrichter (3) zum Invertieren der vom DC/DC-Wandler (2) bereitgestellten Gleichspannung in eine Wechselspannung aufweist, wobei der Wechselrichter auf der Grundfrequenz der erzeugten Wechselspannung betrieben wird und
der DC/DC-Wandler (2) ein dreiphasiger Abwärtswandler ist, der aufweist:
zwei in Serie geschaltete steuerbare Schalter (S1, S2), wobei das erste Ende der Serienschaltung den positiven Eingangspunkt (4) ausbildet und das zweite Ende der Serienschaltung den positiven Ausgangspunkt (8) des DC/DC-Wandlers ausbildet und die Polaritäten der Schalter (S1, S2) derartig sind, dass sie den Fluss von Strom vom positiven Eingangspunkt zum positiven Ausgangspunkt zulassen,
zwei Dioden (D1, D2), die zwischen dem positiven Ausgangspunkt (8) und einem negativen Bus (5) des DC/DC-Wandlers in Serie geschaltet sind, wobei die Polaritäten der Dioden derartig sind, dass sie den Fluss von Strom vom negativen Bus...

Description

  • BEREICH DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf DC/AC-Wandler und insbesondere auf eine Wandlertopologie mit geringen Verlusten.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In den letzten Jahren sind erneuerbare Energiequellen in Produzierung von elektrischer Energie immer mehr attraktiv geworden. Anstatt größerer Anlagen kann elektrische Energie anhand erneuerbarer Energiequellen wie Solarenergie und Windenergie verteilt produziert werden. Meistens ist elektrische Energie aus Photovoltaikmodulen (PV-Modulen) und Windmühlen nicht als solche ausnutzbar und die Energie muss umgewandelt werden, um sich für den Verbrauch oder für die Einspeisung ins Netz zu eignen. Diese Umwandlung von elektrischer Energie sollte mit hohem Wirkungsgrad erfolgen, so dass die Verluste während der Umwandlung minimal gehalten werden. Typischerweise wird die elektrische Energie in Wechselspannung mit einer festen Amplitude und Frequenz umgewandelt, so dass die Energie ins Netz eingespeist oder mit Geräten, die mit Netzspannung betrieben werden können, direkt verbraucht werden kann.
  • Die PV-Module haben eine große Kapazität gegen Erde. Diese Kapazität muss beim Entwerfen der Wechselrichterstruktur berücksichtigt werden. Falls Gleichtaktspannungen am Ausgang des Wechselrichters vorhanden sind, können Hochfrequenz-Gleichtaktströme durch die Kapazität fließen und möglicherweise das Modul beschädigen. Die Wechselrichter, die in Verbindung mit PV-Modulen verwendet werden können, können in isolierte und nichtisolierte Topologien aufgeteilt werden. In isolierten Topologien wird ein Transformator zur Isolierung des PV-Moduls von der am Ausgang des Wechselrichters erzeugten Spannung und somit zum Brechen des Strompfads für den Gleichtaktstrom verwendet. Ein Nachteil von isolierten Strukturen ist der Transformator, der eine sperrige und kostspielige Komponente ist.
  • In nichtisolierten Strukturen wird der Gleichtaktstrom vermieden, indem Schalterkomponenten so verwendet werden, dass keine schwankende Gleichtaktspannung erzeugt wird oder dass der Ausgang und der Eingang in bestimmten Perioden getrennt werden.
  • Eine typische ungetrennte Wechselrichtertopologie besteht aus zwei Stufen. Die erste Stufe sorgt für das Tracking der Höchstleistung vom PV- Modul und erzeugt eine Gleichspannung für die zweite Stufe. Die zweite Stufe, die die invertierende Stufe ist, erzeugt eine Wechselspannung, die eine feste Frequenz und Amplitude aufweist. Die Wechselrichterstufe wird typischerweise als pulsweitenmodulierte (PWM) Brücke ausgeführt, die zwei oder mehr Spannungspegel am Ausgang des Wechselrichters erzeugt. Um die Größe der passiven Komponenten, zum Beispiel Filterdrosselspulen, zu vermindern, ist die Modulationsfrequenz des Wechselrichters typischerweise hoch, was zu großen Schaltverlusten führt, die die Gesamtleistungsfähigkeit des Systems vermindert. Ausserdem kann die hochfrequente PWM-Spannung infolge von Streukapazitäten zwischen den Anschlüssen des Wechselrichters und dem Erdpotential Gleichtaktströme erzeugen, die Probleme im System verursachen können.
  • Das Dokument WO 08/015298 A1 offenbart einen dreistufigen Abwärtswandler in Verbindung mit einem Niederfrequenz-Wechselrichter. Der Hauptstromkreis dieser Topologie ist in 1 dargestellt. In dieser Topologie wendet der Abwärtswandler Pulsweitenmodulation an und der Spannungsquellen-Wechselrichter (VSI) arbeitet auf der Netzgrundfrequenz und wandelt die vom Abwärtswandler erzeugte Ausgangsgleichspannung in Wechselspannung um. Der Versorgungsstrom wird durch Einstellung der Spannungsreferenz des Abwärtswandlers geregelt.
  • Obwohl die Schalter des Wechselrichters auf der Grundfrequenz betrieben werden, schalten dennoch die Antiparalleldioden der Wechselrichterbrücke noch auf hoher Frequenz. Da der Wechselrichter weiterhin eine PWM-Spannung an seinen AC-Anschlüssen erzeugt, kann die Hochfrequenz-Gleichtaktspannung schädliche Gleichtaktströme erzeugen. Falls der Verschiebungswinkel zwischen dem Versorgungsstrom und dem Grundausgangsspannung des Wechselrichters ausserdem größer als einige Grade ist, erzeugt das Schalten des Wechselrichters große Spannungsspitzen, weil der Strom am Schaltmoment nicht Null ist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen DC/AC-Wandler bereitzustellen, mit dem die oben erwähnten Probleme überwunden werden. Die Aufgaben der Erfindung werden durch einen Wandler erreicht, der dadurch gekennzeichnet ist, was im unabhängigen Schutzanspruch offenbart wird. Die vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung sind der Gegenstand der unabhängigen Schutzansprüche.
  • Die Erfindung basiert auf der Anwendung einer Wandlertopologie, die aus zwei oder mehr Stufen besteht. Die Ausgangsstufe besteht aus einem Wechselrichter, der auf der Netzfrequenz schaltet, und die dem Wechselrichter Gleichspannung speisende Stufe besteht aus einem dreiphasigen Abwärtswandler, der einen fliegenden Kondensator aufweist. Die Anwendung einer Topologie des fliegenden Kondensators im dreiphasigen Abwärtswandler eliminiert jeden Bedarf auf Spannungsausgleich in den in Serie geschalteten Kondensatoren.
  • Die Wechselrichterstufe der vorliegenden Erfindung kann als Spannungsquellen-Wechselrichter (VSI) oder Stromquellen-Wechselrichter (CSI) ausgeführt werden.
  • Ein Vorteil des Wandlers der Erfindung ist, dass durch die Struktur des Wandlers die Verluste minimiert werden. Verluste werden in den Schaltkomponenten minimiert, weil die Schalterkomponenten im Wechselrichterteil keine Antiparalleldioden benötigen.
  • Weiterhin eliminiert die Verwendung eines dreiphasigen Wandlers mit einem fliegenden Kondensator den Bedarf auf Ausgleichen von Kondensatorspannungen. Die dreiphasige Gleichspannung wird üblicherweise anhand von in Serie geschalteten Kondensatoren mit auch in 1 dargestelltem Mittelabgriff erzeugt. Solche Strukturen setzen voraus, dass die Spannung aktiv zwischen den Kondensatoren ausgeglichen wird, wobei die Steuerung der aktiven Schalterkomponenten komplizierter wird.
  • Da mit dem den Wechselrichter speisenden Wandler drei Spannungspegel erzeugt werden, besteht der Ausgang des Wechselrichters aus fünf Spannungspegeln. Da die Anzahl Spannungspegel größer ist, verkleinert sich der Grad der Filterung, die für die Bildung von sinusförmigen Spannungs- und Stromwellenformen nötig ist. Das führt zu kleineren und billigeren passiven Komponenten.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von vorteilhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 einen Stromkreis nach dem Stand der Technik;
  • 2 einen Hauptstromkreis gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der Wechselrichter als Spannungsquellen-Wechselrichter ausgeführt ist;
  • 3 simulierten Strom eines Eingangs-Hochsetzstellers gemäß der Ausführungsform der 2;
  • 4 simulierte Ausgangsspannungswellenform des Hochsetzstellers gemäß der Ausführungsform der 2;
  • 5 simulierte Ausgangsspannung des Wechselrichters gemäß der Ausführungsform der 2;
  • 6 durch die Ausführungsform der 2 erhaltene simulierte Netzspannung und Strom;
  • 7 simulierte Spannung und Strom der Schalterkomponente des Wechselrichters gemäß der Ausführungsform der 2;
  • 8 einen Hauptstromkreis gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der Wechselrichter als Stromquellen-Wechselrichter ausgeführt ist;
  • 9 simulierte Versorgungsspannung gemäß der Ausführungsform der 8;
  • 10 simulierte Kondensator-Wechselspannung gemäß der Ausführungsform der 8;
  • 11 simulierten Versorgungsstrom gemäß der Ausführungsform der 8;
  • 12 simulierten DC-seitigen Induktorstrom gemäß der Ausführungsform der 8; und
  • 13 simulierte Ausgangsspannung des dreiphasigen Abwärtswandlers gemäß der Ausführungsform der 8.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 2 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine Wechselrichterstufe, d. h. die Ausgangsstufe 3, als Spannungsquellen-Wechselrichter ausgeführt ist. Die erste Stufe 1, d. h. ein dreiphasiger Hochsetzsteller, wird in 2 als Alternative zum Verbinden des Wandlers der Erfindung mit einer Gleichspannungsversorgung dargestellt. Wie erwähnt, wird der Hochsetzsteller mit einer Gleichspannungsversorgung verbunden und er erzeugt eine stabilisierte Spannung von der Spannungsquelle. Die Spannungsquelle kann eine Brennstoffzelle, ein gleichgerichteter Ausgang eines Generators, eine oder mehr zur Bereitstellung einer Gleichspannung ange schlossene Solarzellen oder irgendeine andere Gleichspannungsquelle sein. Ein anderer Zweck der ersten Stufe ist, als Maximum Power Point Tracker zu dienen, der für die Entnahme von maximaler Leistung aus der DC-Quelle, zum Beispiel einem Sonnenkollektor, verwendet wird. 3 zeigt eine simulierte Stromwellenform, die im Hochsetzsteller beim Starten des Geräts gemessen wird, und 4 zeigt die Ausgangsspannung des Hochsetzstellers. Der Betrieb eines in 2 dargestellten dreiphasigen Hochsetzstellers ist an sich bekannt und wird hier nicht erläutert.
  • Als zweite Stufe, d. h. Empfangen von Gleichspannung vom Hochsetzsteller, ist ein dreiphasiger Abwärtswandler mit einem fliegenden Kondensator vorgesehen. Der positive Eingangspunkt 4 des Abwärtswandlers wird an die positive Spannung der Gleichspannung aus dem Hochsetzsteller angeschlossen und ein negativer Bus 5 des Abwärtswandlers wird an die negative Spannung der Gleichspannung aus dem Hochsetzsteller angeschlossen.
  • Der dreiphasige Abwärtswandler weist erste und zweite gesteuerte in Serie geschaltete Schalterkomponenten S1, S2 auf. Die gesteuerten Schalter können zum Beispiel IGBTs sein. Die Komponenten sind derart in Serie geschaltet, dass ein Kollektor der ersten Schalterkomponente den positiven Eingangspunkt 4 ausbildet und der Emitter der ersten Komponente mit dem Kollektor der zweiten Komponente verbunden ist. Der Emitter der zweiten Schalterkomponente bildet ferner den positiven Ausgangspunkt 8 des Abwärtswandlers aus.
  • Der dreiphasige Abwärtswandler umfasst auch zwei Dioden D1, D2, die zwischen dem negativen Bus 5 und einem positiven Ausgangspunkt 8 des Abwärtswandlers in Serie geschaltet sind. Die Dioden werden mit derselben Polarität in Serie geschaltet, so dass Strom vom negativen Bus zum positiven Ausgangspunkt fließen kann. Weiterhin umfasst der dreiphasige Abwärtswandler einen Kondensator C1, dessen einer Anschluss zwischen den Schalterkomponenten S1, S2 und der andere Anschluss zwischen den Dioden D1, D2 angeschlossen ist.
  • Der Betrieb der dreiphasigen Abwärtswandlers ist wie folgt. Wie erwähnt, weist der Wandler zwei gesteuerte Schalterkomponenten S1 und S2 auf. Das Grundprinzip bei Steuerung der Schalter ist, beiden Komponenten eine ähnliche Steuerung mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad bereitzustellen. Wenn der Tastgrad der Schalter somit unter 50% ist, sind die Schalter leitend zu unterschiedlichen Zeiten. Wenn der Tastgrad unter 50% ist und der Schalter S1 leitend ist, ist die Ausgangsspannung aus dem Abwärtswandler die Eingangsspannung zum Abwärtswandler minus die Spannung des Kondensators C1. Im Betrieb wird die Kondensatorspannung auf die Hälfte der Eingangsspannung zum Abwärtswandler eingestellt. Wenn dagegen der Schalter S2 leitend ist, ist die Spannung am Ausgang des Abwärtswandlers die Kondensatorspannung. Mit Tastgraden von unter 50% ist somit der Ausgang des Abwärtswandlers die Hälfte der Eingangsspannung zum Abwärtswandler, wenn einer der Schalter leitend und Null ist, wenn sich die Schalter im Sperrzustand befinden.
  • Mit Tastgraden von 50% oder über 50% ist einer der Schalter oder beide Schalter S1, S2 leitend. Wenn nur einer der Schalter leitend ist, gilt die obige Situation und eine der Hälfte der Eingangsspannung entsprechende Spannung wird an den Ausgang des Abwärtswandlers angeschlossen. Wenn beide Schalter S1 und S2 leitend sind, ist die Spannung am Ausgang dieselbe wie die Eingangsspannung. Somit ist die Höhe der Spannung am Ausgang entweder die Hälfte der Eingangsspannung oder die Eingangsspannung. Wenn der Tastgrad der Schalter somit geändert wird, erzeugt der dreiphasige Abwärtswandler Spannungspegel, die Null, der Hälfte der Eingangsspannung oder der Eingangsspannung entsprechen.
  • Der Ausgang des dreiphasigen Abwärtswandlers wird weiter mit dem Eingang einer Wechselrichterstufe 3 verbunden. Der Wechselrichter wird auf der Grundfrequenz der Ausgangsspannung betrieben. Die Ausgangsspannung bezieht sich auf die vom Wechselrichter erzeugte Spannung, und der Wechselrichter invertiert somit die Hälfte der Spannungswellenform der vom Abwärtswandler erzeugten Gleichspannung. Wie 2 zeigt, umfasst der Wechselrichter zwei Paare von Schalterkomponenten, die zwischen dem positiven Ausgang und dem negativen Ausgang des Abwärtswandlers verbunden sind. Die Schalter des Wechselrichters werden paarweise gesteuert, so dass Schalter S3 und S6 gleichzeitig leitend gesteuert werden und Schalter S4 und S5 dementsprechend gleichzeitig leitend gesteuert werden. Wie in 2 gezeigt wird, umfasst jeder Schalter des Wechselrichters eine in Serie geschaltete Diode D3, D4, D5, D6. Die Dioden werden zum Sperren von Sperrspannung verwendet.
  • Die Funktion der vorliegenden Erfindung wird besser unter Bezugnahme auf 5 und 7 verstanden. 5 zeigt die Spannung am Ausgang der Wechselrichterstufe. Der Wechselrichter invertiert die Hälfte der vom Abwärtswandler erzeugten Gleichspannung, um eine fünfphasige Wechselspannung aus der dreiphasigen Gleichspannung zu erhalten. Somit ist die Ausgangsspannung aus dem Abwärtswandler die Wellenform von 5, falls die Halbwellen unter Null gleichgerichtet wurden. 7 zeigt die Wellenform von Spannung über eine Schalterkomponente des Wechselrichters und den dadurch fließenden Strom. Wie aus 7 ersichtlich, leitet der Schalter die Hälfte der Ausgangsspannungsperiode und sperrt die andere Hälfte der Periode.
  • Wenn der Ausgang des Wechselrichters mit dem Netz zur Stromeinspeisung verbunden ist, sollte die Ausgangsspannung gefiltert werden. 2 zeigt Induktionsspulen L1, L2, die mit dem Ausgang des Wechselrichters zwischen dem Wechselrichter und dem Netz verbunden sind. 6 zeigt simulierte Strom- und Spannungswellenformen nach den Induktionsspulen und es ist erkennbar, dass sowohl die Spannungs- als auch Stromwellenformen relativ sinusförmig sind. Falls eine bessere Dämpfung für den Schaltfrequenz-Stromrippel benötigt wird, kann der Filter am Ausgang des Wechselrichters als LCL-artige Struktur ausgeführt werden.
  • Der Wechselrichter wird vorzugsweise bei Leistungsfaktor Eins betrieben, was bedeutet, dass die Netzspannung und der Wechselrichterstrom miteinander gleichphasig sein müssen. Zum Erzeugen der Stromreferenz für den Wechselrichter muss der Phasenwinkel der Netzspannung zum Beispiel mit einem Phasenregelkreis bestimmt werden. Für die Stromregelung wird der ins Netz eingespeiste AC-Strom gemessen. Der Stromregler führt somit das Tracking einer AC-Größe aus. Die Größe des Stroms wird durch einen MPPT angegeben, der sicherstellt, dass der Wechselrichter mit dem PV-Modul am wirkungsvollsten arbeitet.
  • Die Schaltzeitpunkte des Wechselrichters 3 werden mit den Nulldurchgängen des Wechselrichterstroms, d. h. Nulldurchgängen der Netzspannung, synchronisiert. Da der Wechselrichter PWM-Spannung invertiert, führt das Schalten zu Spannungsspitzen, die Sperrspannungsspitzen für die IGBTs des Wechselrichters sind. Um Schäden an den IGBT-Komponenten zu vermeiden, braucht der Wechselrichter mit den IGBTs in Serie geschaltete Sperrdioden D3, D4, D5, D6 für Sperrspannung.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der Wechselrichter des Wandlers als Stromquellen-Wechselrichter ausgeführt. 8 zeigt die Ausführung des Wandlers mit der Stromquellen- Wechselrichterstufe. Im Vergleich zur 2 ist nur die Struktur des Wechselrichters geändert worden. Die Struktur ist derart geändert, dass eine Induktionsspule L4 in den positiven Eingang des Wechselrichters eingefügt wird.
  • Im Falle des Stromquellen-Wechselrichters kann der Strom des Wechselrichters auf der DC-Seite des Wechselrichters mit der Ausgangsspannung des Abwärtswandlers geregelt werden. Die DC-seitige Induktorstromwellenform hat die Form von vollweggleichgerichtetem sinusförmigem Strom und der AC-seitige Strom wird gebildet, indem der DC-seitige Strom mit dem Stromquellen-Wechselrichter invertiert wird. Bei der DC-seitigen Stromregelung wird der DC-Strom der Induktionsspule L4 gemessen und auf einen erwünschten Wert eingestellt. Falls gewünscht, kann die Stromregelung auch auf der AC-Seite wie im Falle des Spannungsquellen-Wechselrichters ausgeführt werden.
  • Im Stromquellen-Wechselrichter wird die Schaltung der aktiven Schalter mit den Nullpunkten des DC-seitigen Stroms synchronisiert. Das bedeutet, dass, wenn der Strom am Eingang des Wechselrichters auf Null sinkt, der Zustand des Wechselrichters geändert wird. Das bedeutet auch, dass die Schaltverluste im Wechselrichter praktisch Null sind.
  • Da die Steuerung des Wandlers in den obigen Ausführungsformen auf dem DC-Strom basiert, wird die Ausgangsspannungswellenform nach keinem Muster gebildet. Der dreiphasige Abwärtswandler wird gesteuert, um eine Spannung zu bilden, die den erwünschten Strom produziert. Mit anderen Worten steuert ein Stromregler den dreiphasigen Abwärtswandler, um den erwünschten Strom zu erzeugen. Da die erwünschte Stromwellenform meistens sinusförmig ist, ist auch die erzeugte Spannung typischerweise sinusförmig. 9 zeigt eine simulierte Versorgungsspannungswellenform anhand des Stromkreises der 8. Die Versorgungsspannung wird anhand eines Kondensators und eines Induktors am Ausgang des Wechselrichters gefiltert. Wie aus 9 ersichtlich, ist die Ausgangsspannung sinusförmig. 10 zeigt ferner die Spannung des Filterkondensators C2 und 11 zeigt die simulierte Wellenform des Versorgungsstroms, die gesteuert wird, um eine sinusförmige Wellenform aufzuweisen.
  • Die Regelung von Strom kann deutlicher in 12 gesehen werden, die simulierten DC-seitigen Induktorstrom zeigt. Wie die Wellenform zeigt, weist der Strom eine kleine Welligkeitskomponente auf, deren Maximum an den Punkten der höchsten Amplituden liegt. Die Welligkeit des Stroms wird effektiv mit der Ausgangsfilterstruktur beseitigt. 13 zeigt die Ausgangsspannung aus dem dreiphasigen Abwärtswandler. Da die Spannung am Wechselrichterausgang keine PWM-Spannung ist, produziert die Topologie keine Hochrequenz-Gleichtaktspannung.
  • Die Simulierungen der vorliegenden Erfindung mit einem Stromquellen-Wechselrichter wurden mit den folgenden Parametern und Komponentenwahlen durchgeführt. Die Nennleistung des simulierten Systems betrug 3 kW und die Simulierungen wurden mit voller Leistung ohne Hochsetzsteller 1 durchgeführt. Der Wechselrichter wurde mit einer einphasigen 230-V- und 50-Hz-Stromversorgung verbunden und die Eingangsgleichspannung betrug 400 V. Der Abwärtswandler wurde mit einer Modulationsfrequenz von 25 kHz betrieben. Die Induktivität des DC-seitigen Induktors L4 war 1 mH (1,8% p. u.) und die des AC-seitigen Induktors (L3) 200 μH (0,4% p. u.). Die Kapazität des Eingangskondensators C3, des Kondensators im Abwärtswandler C1 und des AC-seitigen Kondensators C2 betrugen 1 mF (5,5 p. u.), 100 μF (0,6 p. u.) und 1 μF (0,6% p. u.).
  • Wenn der DC/AC-Wandler Strom ins Netz einspeist, muss der Wechselrichter des Wandlers mit dem Netz synchronisiert werden. Das erfolgt durch Bestimmen der Phase und Frequenz des Netzes und Synchronisierung des Stroms, der mit dem Wechselrichter für die Phase des Netzes produziert wird. Zur Einspeisung von Strom ins Netz muss die vom DC/AC-Wandler erzeugte Spannung ferner ein wenig höher als die Spannung des Netzes sein. Wenn die Spannung der Spannungsquelle nicht ausreichend hoch ist, sollte die erste Stufe, die der dreiphasige Hochsetzsteller 1 in 2 und 8 ist, verwendet werden. Zur Verstärkung der Eingangsspannung können auch andere Typen von Wandlern verwendet werden.
  • Oben wird auf Photovoltaikmodule verwiesen. Es ist klar, dass die dem Wandler der vorliegenden Erfindung gespeiste Gleichspannung mit mehreren PV-Modulen, Serien oder Anlagen von solchen Modulen erzeugt werden kann.
  • Einem Fachmann ist klar, dass, wenn die Technologie Fortschritte macht, der erfinderische Gedanke auf viele Weisen ausgeführt werden kann. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen sind nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt sondern können im Rahmen der Schutzansprüche variieren.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 08/015298 A1 [0006]

Claims (8)

  1. Wandler zum Umwandeln von Gleichspannung in Wechselspannung, wobei der Wandler einen DC/DC-Wandler (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler einen Wechselrichter (3) zum Invertieren der vom DC/DC-Wandler (2) bereitgestellten Gleichspannung in eine Wechselspannung aufweist, wobei der Wechselrichter auf der Grundfrequenz der erzeugten Wechselspannung betrieben wird und der DC/DC-Wandler (2) ein dreiphasiger Abwärtswandler ist, der aufweist: zwei in Serie geschaltete steuerbare Schalter (S1, S2), wobei das erste Ende der Serienschaltung den positiven Eingangspunkt (4) ausbildet und das zweite Ende der Serienschaltung den positiven Ausgangspunkt (8) des DC/DC-Wandlers ausbildet und die Polaritäten der Schalter (S1, S2) derartig sind, dass sie den Fluss von Strom vom positiven Eingangspunkt zum positiven Ausgangspunkt zulassen, zwei Dioden (D1, D2), die zwischen dem positiven Ausgangspunkt (8) und einem negativen Bus (5) des DC/DC-Wandlers in Serie geschaltet sind, wobei die Polaritäten der Dioden derartig sind, dass sie den Fluss von Strom vom negativen Bus (5) zum positiven Ausgangspunkt (8) zulassen, und einen Kondensator (C1), dessen erster Anschluss mit dem Punkt zwischen den steuerbaren Schaltern (S1, S2) verbunden ist und der zweite Anschluss mit dem Punkt zwischen den Dioden (D1, D2) verbunden ist.
  2. Wandler nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (3) ein stromgeregelter Spannungsquellen-Wechselrichter ist.
  3. Wandler nach Schutzanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Wechselrichters mit Induktionsspulen (L1, L2) versehen ist.
  4. Wandler nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (3) ein Stromquellen-Wechselrichter ist.
  5. Wandler nach Schutzanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter eine Induktionsspule (L4) aufweist, die zwischen dem Ausgang des DC-DC-Wandlers (2) und dem Eingang des Wechselrichters (3) verbunden ist.
  6. Wandler nach Schutzanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Induktionsspule (L4) fließende Eingangsstrom des Wechselrichters mit der Spannung des DC/DC-Wandlers geregelt wird und die Schaltung des Wechselrichters mit den Eingangsstrom-Nullpunkten synchronisiert wird.
  7. Wandler nach einem der Schutzansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Wechselrichters mit einem LC-Filter (C2, L3) versehen ist.
  8. Wandler nach einem der Schutzansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der DC/AC-Wandler ferner eine Erhöhungsschaltung aufweist, die angeordnet ist, die DC-Quellenspannung zu erhöhen, wobei der Ausgang der Erhöhungsschaltung mit dem Eingang des DC/DC-Wandlers verbunden ist.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2634909A1 (de) * 2012-03-02 2013-09-04 ABB Research Ltd. Verfahren zur Steuerung einer netzgekoppelten Hochsetz-Tiefsetz-Stromzwischenkreis- Vollbrücken-Kaskade für Photovoltaic Anwendunden und Vorrichtung
WO2013107782A3 (en) * 2012-01-17 2014-05-08 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit, power supply system and method
US9401663B2 (en) 2012-12-21 2016-07-26 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit with AC output
US9425622B2 (en) 2013-01-08 2016-08-23 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit with AC output and at least one transformer
US9461474B2 (en) 2012-01-17 2016-10-04 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit with AC output
US9478989B2 (en) 2012-01-17 2016-10-25 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit with AC output
US9484746B2 (en) 2012-01-17 2016-11-01 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit with AC output

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103427693B (zh) * 2013-08-07 2015-09-16 上海理工大学 三电平变换器中点电位平衡控制系统及方法
CN103633867A (zh) * 2013-10-17 2014-03-12 宁波绿凯节能科技有限公司 七电平单相逆变器电路
WO2015081517A1 (zh) 2013-12-04 2015-06-11 阳光电源股份有限公司 一种五电平逆变器
DE102014203382A1 (de) 2013-12-19 2015-07-09 Hilmar Kraus Modular aufgebautes Wechselrichtersystem sowie Wandlermodule zum Aufbau eines entsprechenden Wechselrichtersystems
CN103825455B (zh) * 2014-02-11 2017-01-04 南京航空航天大学 单电感双Buck全桥逆变器
DE102015103490A1 (de) * 2015-03-10 2016-09-15 Sma Solar Technology Ag DC/DC-Wandler mit fliegendem Kondensator
CN106253668A (zh) * 2016-08-24 2016-12-21 上海交通大学 直接耦合式直流变压器
CN106549567A (zh) * 2016-10-13 2017-03-29 上海交通大学 模块化高压电感和电容拓扑电路
CN106787891B (zh) * 2017-03-06 2023-07-07 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种五电平逆变器
CN111030484A (zh) * 2020-01-02 2020-04-17 阳光电源股份有限公司 一种逆变系统
CN113364322B (zh) * 2021-05-08 2022-08-09 湖南珂拓电子科技有限公司 单相单级电流源型逆变器

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008015298A1 (es) 2006-07-31 2008-02-07 Ingeteam Energy, S.A. Circuito inversor monofásico para acondicionar y convertir energía eléctrica de corriente continua en energía eléctrica de corriente alterna

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6969967B2 (en) * 2003-12-12 2005-11-29 Ut-Battelle Llc Multi-level dc bus inverter for providing sinusoidal and PWM electrical machine voltages
DE102004030912B3 (de) * 2004-06-25 2006-01-19 Sma Technologie Ag Verfahren zum Umwandeln einer elektrischen Gleichspannung einer Gleichspannungsquelle, insbesondere einer Photovoltaik-Gleichspannungsquelle in eine Wechselspannung
GB2415841B (en) * 2004-11-08 2006-05-10 Enecsys Ltd Power conditioning unit

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008015298A1 (es) 2006-07-31 2008-02-07 Ingeteam Energy, S.A. Circuito inversor monofásico para acondicionar y convertir energía eléctrica de corriente continua en energía eléctrica de corriente alterna

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013107782A3 (en) * 2012-01-17 2014-05-08 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit, power supply system and method
US9461474B2 (en) 2012-01-17 2016-10-04 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit with AC output
US9478989B2 (en) 2012-01-17 2016-10-25 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit with AC output
US9484746B2 (en) 2012-01-17 2016-11-01 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit with AC output
KR101835662B1 (ko) * 2012-01-17 2018-03-08 인피니언 테크놀로지스 오스트리아 아게 전력 컨버터 회로, 전력 공급 시스템 및 방법
US10084317B2 (en) 2012-01-17 2018-09-25 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit with AC output
EP2634909A1 (de) * 2012-03-02 2013-09-04 ABB Research Ltd. Verfahren zur Steuerung einer netzgekoppelten Hochsetz-Tiefsetz-Stromzwischenkreis- Vollbrücken-Kaskade für Photovoltaic Anwendunden und Vorrichtung
US8929108B2 (en) 2012-03-02 2015-01-06 Abb Research Ltd Method and apparatus for controlling a grid-connected converter
US9401663B2 (en) 2012-12-21 2016-07-26 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit with AC output
US9425622B2 (en) 2013-01-08 2016-08-23 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit with AC output and at least one transformer

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