EP2118994A1 - Wechselrichter - Google Patents

Wechselrichter

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Publication number
EP2118994A1
EP2118994A1 EP08707968A EP08707968A EP2118994A1 EP 2118994 A1 EP2118994 A1 EP 2118994A1 EP 08707968 A EP08707968 A EP 08707968A EP 08707968 A EP08707968 A EP 08707968A EP 2118994 A1 EP2118994 A1 EP 2118994A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bridge circuit
voltage
inverter
switching elements
switching element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08707968A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Reschenauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG Oesterreich
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG Oesterreich filed Critical Siemens AG Oesterreich
Publication of EP2118994A1 publication Critical patent/EP2118994A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade

Definitions

  • the invention relates to an inverter with a bridge circuit having four switching elements, in which two opposite terminals of the bridge circuit are connected to the DC voltage part of the inverter, and the other two terminals of the bridge circuit are connected to the AC voltage part of the inverter, wherein by suitable control of the switching elements Gleich - and AC voltage are interconvertible, according to the preamble of claim 1.
  • Inverters are widely used in electrical engineering, particularly in alternative power generation systems such as fuel cell systems and photovoltaic systems (so-called “dormant systems”), or wind turbines (so-called “rotating systems”).
  • dormant systems require an inverter that converts the resulting DC power into AC power and feeds it to the grid.
  • Rotating systems generate AC power, which is usually converted into DC power first and then converted back into AC power, on the one hand, to expand the working range (eg speed range) on the mechanical side of the generator on the other hand, but also to ensure the required for a grid feed quality of the AC voltage.
  • Inverters thereby enable a separation of the supply-side electrical parameters from those of the network-side parameters such as frequency and voltage, and thus represent the central link between the supply side and the network.
  • inverters are often used with a bridge circuit having four switching elements, in which two opposite connection terminals the bridge circuit are connected to the DC voltage part of the inverter, and the other two terminals of the bridge circuit are connected to the AC voltage part of the inverter, wherein DC and AC voltage can be converted into each other by suitable control of the switching elements.
  • expensive components are usually required for the switching elements of the bridge circuit, such as FRED (Fast Recovery Epitax Diode) FETs, since sometimes high switching frequencies must be ensured. This has a negative effect on the cost of conventional circuit arrangements, and also affects the efficiency of conventional inverters, since with each switching operation unavoidable switching losses are connected.
  • Inverter topology in conjunction with the real behavior of the components to achieve an increase in efficiency and power quality at a lower cost.
  • Claim 1 relates to an inverter with a bridge circuit comprising four switching elements, in which two opposite terminals of the bridge circuit are connected to the DC voltage part of the inverter, and the other two terminals of the bridge circuit are connected to the AC voltage part of the inverter, wherein by appropriate control of the Switching elements DC and AC voltage are interconvertible.
  • a first DC side switching element is coupled in the DC voltage part to the positive DC voltage terminal, to which an inductance connected in series between the first switching element and a first terminal of the bridge circuit and a diode are arranged.
  • Claim 2 provides an embodiment that is particularly advantageous when the input voltage on the DC side is less than the maximum value of the output side grid voltage.
  • Claim 2 provides for this purpose that in the series connection between the inductor and the diode on the one hand, and a second terminal of the bridge circuit on the other hand, a second, DC side switching element is connected, which connects the inductance with the second terminal of the bridge circuit in the closed state.
  • the DC voltage-side input voltage can be boosted by suitable switching of the second switching element.
  • the use of a single inductance allows further cost savings.
  • Claims 3 to 5 provide advantageous developments of the inventive changer.
  • an AC-side smoothing capacitor is connected, and in the DC voltage part a DC-side smoothing capacitor.
  • the DC-side switching elements are semiconductor switching elements, in particular a power MOSFET or IGBT.
  • FIG. 1 shows the basic circuit diagram of the inverter according to the invention in a first representation
  • Fig. 2 shows the basic circuit diagram of the inverter according to the invention in a second representation
  • Fig. 3 shows the time course of voltage and control signal for the switching elements in the energy flow in the AC voltage part of the inverter according to the invention.
  • the inverter according to the invention has a bridge circuit with four switching elements S3, S4, S5 and S6, in which two opposite terminals 1, 2 of the bridge circuit are connected to the DC voltage part of the inverter, and the two other terminal terminals 3, 4 of the bridge circuit the AC voltage part of the inverter.
  • the conversion of DC voltage into AC voltage is carried out via the four switching elements S3, S4, S5 and S6 in the bridge circuit, which represents a full bridge, in a conventional manner by suitable control of the switching elements S3, S4, S5 and S6 DC. and AC voltage are interconvertible.
  • a first, Gleichwoods wornes switching element Sl is coupled to the positive DC voltage terminal, to which a connected between the first switching element Sl and a first Anschlußklemnme 1 of the bridge circuit in series inductance Ll and a diode D2 are arranged downstream.
  • a second, Gleichwoods wornes switching element S2 is switched, which connects the inductance Ll with the second terminal 2 of the bridge circuit in the closed state.
  • the diode D2 is connected between the positive DC voltage terminal and the first terminal 1 of the bridge circuit in the forward direction.
  • the DC part is the DC voltage source U e .
  • AC voltage side smoothing capacitor C 0 In the AC voltage part is further connected an AC voltage side smoothing capacitor C 0 , and in
  • the switching elements S1, S2, S3, S4, S5 and S6 are preferably semiconductor switching elements, in particular a power MOSFET.
  • FIG. 2 shows the embodiment according to FIG. 1 in an alternative embodiment.
  • FIG. 3 firstly explains the switch-on phase of the switching sequence in the positive half-cycle in the case of the inventive inverter according to FIG. 1, the energy flowing from the DC voltage part into the AC voltage part.
  • the control of the switching elements and in particular their timing can be taken from the lower diagrams of FIG.
  • the switching elements S4 and S6 always remain closed, ie conductive, while the switching elements S3 and S5 always remain switched off, ie they are not conductive, in order to generate the positive half wave at the output terminals of the AC voltage part.
  • the duty cycle as can be seen in FIG.
  • the first, DC-side switching element S1 is closed with increasing duty cycle, and for the descending region of the positive half-wave with decreasing ON duration.
  • the first Heidelbergelemnt Sl clocked on the DC side via the inductance Ll and the diode D2 power into the network. If the mains voltage exceeds the same voltage-side input voltage, the latter is set by means of the second, DC-side switching element S2 high.
  • the first switching element Sl remains closed, that is conductive, while an increase in voltage is brought about by suitable timing of the second switching element S2.
  • a diode D1 which is connected between the second terminal 2 of the bridge circuit and the first DC side switching element S1, may be provided in the DC voltage part, the anode side being connected to the second terminal 2 of the bridge circuit, and the cathode side being connected to the first switching element S1 is.
  • the freewheeling of the inductance L1 is thus effected via the diode D2 connected to the first connection terminal 1 of the bridge circuit, the load on the AC side, and the diode D1 connected to the second connection terminal 2 of the bridge circuit.
  • the switching elements S3 and S5 are always closed, that is conductive, while the switching elements S4 and S6 always remain switched off, so are not conductive.
  • the duty cycle as shown in FIG. 3 can be seen, selected so that the first, DC-side switching element Sl is closed with increasing duty cycle, and for the rising range of the negative half-wave with decreasing duty cycle.
  • the first switching element S1 on the DC side clocks current into the network via the inductance L1 and the diode D2. If the mains voltage exceeds the DC voltage-side input voltage, the latter can in turn be boosted by means of the second, DC-side switching element S2.
  • the first switching element S1 remains closed, that is to say conductive, while an increase in voltage for generating the negative maximum value is brought about by suitable timing of the second switching element S2.
  • the switching elements S3, S4, S5 and S6 of the bridge circuit only have to be switched at zero crossing with the line frequency. Only the first, DC side switching element Sl is clocked to feed the current quickly, so that even at this switching element Sl significant switching losses.
  • the efficiency of the inverter according to the invention can thereby be significantly increased in any case, up to 98%. If the DC voltage-side input voltage is lower than the mains voltage, an additional, second switching element S2 can be used.
  • the switching elements S3, S4, S5 and S6 of the bridge circuit can also use less expensive components, whereby the cost of the overall circuit can be reduced.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Wechselrichter mit einer vier Schaltelemente (S3, S4, S5, S6) aufweisenden Brückenschaltung, bei der zwei gegenüber liegende Anschlussklemmen (1, 2) der Brückenschaltung mit dem Gleichspannungsteil des Wechselrichters verbunden sind, und die beiden anderen Anschlussklemmen (3, 4) der Brückenschaltung mit dem Wechselspannungsteil des Wechselrichters verbunden sind, wobei durch geeignete Ansteuerung der Schaltelemente (S3, S4, S5, S6) Gleich- und Wechselspannung ineinander umwandelbar sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im Gleichspannungsteil an der positiven Gleichspannungsklemme ein erstes, gleichspannungsseitiges Schaltelement (Sl) angekoppelt ist, dem eine zwischen dem ersten Schaltelement (Sl) und einer ersten Anschlussklemnme (1) der Brückenschaltung in Serie geschaltete Induktivität (Ll) und eine Diode (D2) nachgeordnet sind. In der Reihenschaltung zwischen der Induktivität (Ll) und der Diode (D2) einerseits, sowie einer zweiten Anschlussklemme (2) der Brückenschaltung andererseits kann ein zweites, gleichspannungsseitiges Schaltelement (S2) geschalten sein, das im geschlossenen Zustand die Induktivität (Ll) mit der zweiten Anschlussklemme (2) der Brückenschaltung verbindet.

Description

Beschreibung
Wechselrichter
Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter mit einer vier Schaltelemente aufweisenden Brückenschaltung, bei der zwei gegenüber liegende Anschlussklemmen der Brückenschaltung mit dem Gleichspannungsteil des Wechselrichters verbunden sind, und die beiden anderen Anschlussklemmen der Brückenschaltung mit dem Wechselspannungsteil des Wechselrichters verbunden sind, wobei durch geeignete Ansteuerung der Schaltelemente Gleich- und Wechselspannung ineinander umwandelbar sind, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Wechselrichter finden in der Elektrotechnik breite Anwendung, insbesondere in alternativen Stromerzeugungssystemen wie etwa Brennstoffzellenanlangen und Photovoltaikanlagen (sogenannte „ruhende Systeme") , oder Windkraftanlagen (sogenannte „rotierende Systeme") . Ruhende Systeme benötigen zur Leistungsein- Speisung in ein Stromversorgungsnetz einen Wechselrichter, der die anfallende DC-Leistung in eine AC-Leistung umwandelt und netzkonform einspeist. Rotierende Systeme erzeugen AC- Leistung, die aber in der Regel zunächst in eine DC-Leistung umgewandelt wird, und anschließend in eine AC-Leistung rück- gewandelt wird, einerseits, um den Arbeitsbereich (z.B. Drehzahlbereich) auf der mechanischen Seite des Generators erweitern zu können, andererseits aber auch um die für eine Netzeinspeisung erforderliche Güte der Wechselspannung sicher zu stellen. Wechselrichter ermöglichen dabei eine Trennung der einspeiseseitigen elektrischen Parameter von jenen der netz- seitigen Parameter wie Frequenz und Spannung, und stellen somit das zentrale Bindeglied zwischen der Einspeiseseite und dem Netz dar.
Dabei werden gemäß dem Stand der Technik oft Wechselrichter mit einer vier Schaltelemente aufweisenden Brückenschaltung verwendet, bei der zwei gegenüber liegende Anschlussklemmen der Brückenschaltung mit dem Gleichspannungsteil des Wechselrichters verbunden sind, und die beiden anderen Anschlussklemmen der Brückenschaltung mit dem Wechselspannungsteil des Wechselrichters verbunden sind, wobei durch geeignete Ansteu- erung der Schaltelemente Gleich- und Wechselspannung ineinander umwandelbar sind. Dabei sind aber für die Schaltelemente der Brückenschaltung in der Regel teure Bauelemente erforderlich, etwa FRED (Fast Recovery Epitax. Diode) -FETs, da mitunter hohe Schaltfrequenzen sicher zu stellen sind. Das wirkt sich negativ auf die Kosten herkömmlicher Schaltungsanordnungen aus, und beeinträchtigt außerdem den Wirkungsgrad der üblichen Wechselrichter, da mit jedem Schaltvorgang unvermeidliche Schaltverluste verbunden sind.
Es ist somit das Ziel der Erfindung, durch Optimierung der
Wechselrichtertopologie in Verbindung mit dem realen Verhalten der Bauelemente eine Steigerung an Wirkungsgrad und Stromqualität bei geringeren Kosten zu erzielen.
Dieses Ziel wird durch die Merkmale von Anspruch 1 erreicht. Anspruch 1 bezieht sich auf einen Wechselrichter mit einer vier Schaltelemente aufweisenden Brückenschaltung, bei der zwei gegenüber liegende Anschlussklemmen der Brückenschaltung mit dem Gleichspannungsteil des Wechselrichters verbunden sind, und die beiden anderen Anschlussklemmen der Brückenschaltung mit dem Wechselspannungsteil des Wechselrichters verbunden sind, wobei durch geeignete Ansteuerung der Schaltelemente Gleich- und Wechselspannung ineinander umwandelbar sind. Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen, dass im Gleich- spannungsteil an der positiven Gleichspannungsklemme ein erstes, gleichspannungsseitiges Schaltelement angekoppelt ist, dem eine zwischen dem ersten Schaltelement und einer ersten Anschlussklemnme der Brückenschaltung in Serie geschaltete Induktivität und eine Diode nachgeordnet sind. Wie noch näher ausgeführt werden wird, ermöglicht eine solche Schaltungsanordnung einen höheren Wirkungsgrad, da die Schaltelemente der Brückenschaltung nur mit der Netzfrequenz geschaltet werden müssen, während der einzuspeisende Strom mit dem schnell getakteten Schaltelemente im Gleichspannungsteil geregelt werden kann. Somit ergeben sich nur an einem Schaltelement Schaltverluste, was den Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Wechselrichters erheblich steigert.
Anspruch 2 sieht eine Ausführungsform vor, die insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn die Eingangsspannung auf der Gleichspannungsseite kleiner als der Maximalwert der aus- gangsseitigen Netzapannung ist. Anspruch 2 sieht hierfür vor, dass in der Reihenschaltung zwischen der Induktivität und der Diode einerseits, sowie einer zweiten Anschlussklemme der Brückenschaltung andererseits ein zweites, gleichspannungs- seitiges Schaltelement geschalten ist, das im geschlossenen Zustand die Induktivität mit der zweiten Anschlussklemme der Brückenschaltung verbindet. Dadurch kann die gleichspannungs- seitige Eingangsspannung durch geeignetes Schalten des zweiten Schaltelements hochgesetzt werden. Des Weiteren erlaubt die Verwendung einer einzelnen Induktivität eine weitere Kos- tenersparnis .
Die Ansprüche 3 bis 5 sehen vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Wechslerichters dar. Hierbei ist im Wechselspannungsteil jeweils ein wechselspannungsseitiger Glät- tungskondensator geschalten, und im Gleichspannungsteil ein gleichspannungsseitiger Glättungskondensator . Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass es sich bei den gleichspannungssei- tigen Schaltelementen um Halbleiter-Schaltelemente, insbesondere um Leistungs-MOSFET oder IGBT, handelt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen die
Fig. 1 den prinzipiellen Schaltplan des erfindungsgemäßen Wechselrichters in einer ersten Darstellungsweise, Fig. 2 den prinzipiellen Schaltplan des erfindungsgemäßen Wechselrichters in einer zweiten Darstellungsweise, und
Fig. 3 den zeitlichen Verlauf von Spannung und Steuersignal für die Schaltelemente beim Energiefluss in den Wechselspannungsteil des erfindungsgemäßen Wechselrichters.
Der prinzipielle Schaltplan einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters wird zunächst anhand der Fig. 1 bzw. 2 erläutert. Der erfindungsgemäße Wechselrichter weist eine Brückenschaltung mit vier Schaltelementen S3, S4, S5 und S6 auf, bei der zwei gegenüber liegende Anschlussklemmen 1, 2 der Brückenschaltung mit dem Gleichspannungsteil des Wechselrichters verbunden sind, und die beiden anderen Anschluss- klemmen 3, 4 der Brückenschaltung mit dem Wechselspannungsteil des Wechselrichters. Die Umwandlung von Gleichspannung in Wechselspannung erfolgt dabei über die vier Schaltelemente S3, S4, S5 und S6 in der Brückenschaltung, die eine Vollbrücke darstellt, wobei in an sich bekannter Weise durch geeig- nete Ansteuerung der Schaltelemente S3, S4, S5 und S6 Gleich- und Wechselspannung ineinander umwandelbar sind.
Im Gleichspannungsteil ist an der positiven Gleichspannungsklemme ein erstes, gleichspannungsseitiges Schaltelement Sl angekoppelt, dem eine zwischen dem ersten Schaltelement Sl und einer ersten Anschlussklemnme 1 der Brückenschaltung in Serie geschaltete Induktivität Ll und eine Diode D2 nachgeordnet sind. In der Reihenschaltung zwischen der Induktivität Ll und der Diode D2 einerseits, sowie einer zweiten An- schlussklemme 2 der Brückenschaltung andererseits ist ein zweites, gleichspannungsseitiges Schaltelement S2 geschalten, das im geschlossenen Zustand die Induktivität Ll mit der zweiten Anschlussklemme 2 der Brückenschaltung verbindet. Die Diode D2 ist dabei zwischen der positiven Gleichspannungs- klemme und der ersten Anschlussklemme 1 der Brückenschaltung in Durchlassrichtung geschalten. Im Gleichspannungsteil befindet sich die Gleichspannungsquelle Ue . Im Wechselspannungsteil befindet sich die Last UNetz •
Im Wechselspannungsteil ist des Weiteren ein wechselspan- nungsseitiger Glättungskondensator C0 geschalten, und im
Gleichspannungsteil ein gleichspannungsseitiger Glättungskondensator C1. Bei den Schaltelementen Sl, S2, S3, S4, S5 und S6 handelt es sich vorzugsweise um Halbleiter-Schaltelemente, insbesondere um Leistungs-MOSFET .
Die Fig. 2 zeigt die Ausführungsform gemäß Fig. 1 in einer alternativen Darstellungsweise.
Im Folgenden wird nun anhand der Fig. 3 die Schaltsequenz zur Ansteuerung der Schaltelemente Sl, S2, S3, S4, S5 und S6 bei einem Energiefluss vom Gleichspannungsteil in den Wechselspannungsteil erläutert.
Die Fig. 3 erläutert zunächst die Einschaltphase der Schalt- sequenz bei der positiven Halbwelle beim erfindungsgemäßen Wechselrichter gemäß Fig. 1, wobei der Energiefluss vom Gleichspannungsteil in den Wechselspannungsteil erfolgt. Die Ansteuerung der Schaltelemente und insbesondere deren Taktung kann dabei den unteren Diagrammen der Fig. 3 entnommen wer- den. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, bleiben zur Erzeugung der positiven Halbwelle an den Ausgangsklemmen des Wechselspannungsteils die Schaltelemente S4 und S6 stets geschlossen, also leitend, während die Schaltelemente S3 und S5 stets ausgeschaltet bleiben, also nicht leitend sind. Für den ansteigenden Bereich der positiven Halbwelle ist das Tastverhältnis, wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, so gewählt, dass das erste, gleichspannungsseitige Schaltelement Sl mit zunehmender Einschaltdauer geschlossen wird, und für den absteigenden Bereich der positiven Halbwelle mit abnehmender Ein- schaltdauer. Somit taktet das erste Schaltelemnt Sl auf der Gleichspannungsseite über die Induktivität Ll und die Diode D2 Strom ins Netz. Übersteigt die Netzspannung die gleich- spannungsseitige Eingangsspannung, wird letztere mithilfe des zweiten, gleichspannungsseitigen Schaltelements S2 hochgesetzt. Hierzu bleibt das erste Schaltelement Sl geschlossen, also leitend, während durch geeignete Taktung des zweiten Schaltelements S2 eine Spannungserhöhung herbei geführt wird.
Im Gleichspannungsteil kann des Weiteren eine Diode Dl vorgesehen sein, die zwischen der zweiten Anschlussklemme 2 der Brückenschaltung und dem ersten, gleichspannungsseitigen Schaltelement Sl geschalten ist, wobei sie anodenseitig mit der zweiten Anschlussklemme 2 der Brückenschaltung, und ka- thodenseitig mit dem ersten Schaltelement Sl verbunden ist. Der Freilauf der Induktivität Ll erfolgt somit über die mit der ersten Anschlussklemme 1 der Brückenschaltung verbundenen Diode D2, der wechselspannungsseitigen Last, und der mit der zweiten Anschlussklemme 2 der Brückenschaltung verbundenen Diode Dl.
Zur Erzeugung der negativen Halbwelle an den Ausgangsklemmen des Wechselspannungsteils sind die Schaltelemente S3 und S5 stets geschlossen, also leitend, während die Schaltelemente S4 und S6 stets ausgeschaltet bleiben, also nicht leitend sind. Für den abfallenden Bereich der negativen Halbwelle wird das Tastverhältnis, wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, so gewählt, dass das erste, gleichspannungsseitige Schaltelement Sl mit zunehmender Einschaltdauer geschlossen wird, und für den aufsteigenden Bereich der negativen Halbwelle mit abnehmender Einschaltdauer. Wiederum taktet das erste Schalte- lemnt Sl auf der Gleichspannungsseite über die Induktivität Ll und die Diode D2 Strom ins Netz. Übersteigt die Netzspannung die gleichspannungsseitige Eingangsspannung, kann letztere wiederum mithilfe des zweiten, gleichspannungsseitigen Schaltelements S2 hochgesetzt werden. Hierzu bleibt das erste Schaltelement Sl geschlossen, also leitend, während durch ge- eignete Taktung des zweiten Schaltelements S2 eine Spannungserhöhung zur Erzeugung des negativen Maximalwerts herbei geführt wird. Aus der Fig. 3 ist insbesondere ersichtlich, dass in der erfindungsgemäßen Wechselrichtertopologie die Schaltelemente S3, S4, S5 und S6 der Brückenschaltung nur mit der Netzfre- quenz im Nulldurchgang geschalten werden müssen. Lediglich das erste, gleichspannungsseitige Schaltelement Sl ist zur Einspeisung des Stroms schnell zu takten, sodass auch nur an diesem Schaltelement Sl nennenswerte Schaltverluste entstehen. Der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Wechselrichters kann dadurch jedenfalls entscheidend erhöht werden, und zwar bis zu 98%. Sollte die gleichspannungsseitige Eingangsspannung kleiner als die Netzspannung sein, kann ein zusätzliches, zweites Schaltelement S2 eingesetzt werden. Des Weiteren können aufgrund der niedrigeren Anforderungen an die Schaltelemente S3, S4, S5 und S6 der Brückenschaltung auch kostengünstigere Bauelemente verwenden, wodurch die Kosten der Gesamtschaltung gesenkt werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Wechselrichter mit einer vier Schaltelemente (S3, S4, S5, S6) aufweisenden Brückenschaltung, bei der zwei gegenüber liegende Anschlussklemmen (1, 2) der Brückenschaltung mit dem Gleichspannungsteil des Wechselrichters verbunden sind, und die beiden anderen Anschlussklemmen (3, 4) der Brückenschaltung mit dem Wechselspannungsteil des Wechselrichters verbunden sind, wobei durch geeignete Ansteuerung der Schaltelemen- te (S3, S4, S5, S6) Gleich- und Wechselspannung ineinander umwandelbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im Gleichspannungsteil an der positiven Gleichspannungsklemme ein erstes, gleichspannungsseitiges Schaltelement (Sl) angekoppelt ist, dem eine zwischen dem ersten Schaltelement (Sl) und einer ersten Anschlussklemnme (1) der Brückenschaltung in Serie geschaltete Induktivität (Ll) und eine Diode (D2) nachgeordnet sind.
2. Wechselrichter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in der Reihenschaltung zwischen der Induktivität (Ll) und der Diode (D2) einerseits, sowie einer zweiten Anschlussklemme (2) der Brückenschaltung andererseits ein zweites, gleichspannungs- seitiges Schaltelement (S2) geschalten ist, das im geschlossenen Zustand die Induktivität (Ll) mit der zweiten Anschlussklemme (2) der Brückenschaltung verbindet.
3. Wechselrichter nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im Wechselspannungsteil ein wechselspannungsseitiger Glättungskondensator (C0) geschalten ist .
4. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im Gleichspannungsteil ein gleichspannungsseitiger Glättungskondensator (C1) geschalten ist.
5. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass es sich bei den gleichspannungsseitigen Schaltelementen (Sl, S2) um HaIb- leiter-Schaltelemente, insbesondere um Leistungs-MOSFET oder IGBT, handelt.
EP08707968A 2007-02-16 2008-01-17 Wechselrichter Withdrawn EP2118994A1 (de)

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EP08707968A Withdrawn EP2118994A1 (de) 2007-02-16 2008-01-17 Wechselrichter

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US (1) US20100118575A1 (de)
EP (1) EP2118994A1 (de)
JP (1) JP2010518806A (de)
KR (1) KR20090108668A (de)
CN (1) CN101669276A (de)
AT (1) AT504944B1 (de)
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