EP4128512A1 - Inverter capable of switching between single-phase operation and three-phase operation - Google Patents

Inverter capable of switching between single-phase operation and three-phase operation

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Publication number
EP4128512A1
EP4128512A1 EP21714878.2A EP21714878A EP4128512A1 EP 4128512 A1 EP4128512 A1 EP 4128512A1 EP 21714878 A EP21714878 A EP 21714878A EP 4128512 A1 EP4128512 A1 EP 4128512A1
Authority
EP
European Patent Office
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phase
output
intermediate circuit
pole
circuit breaker
Prior art date
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Pending
Application number
EP21714878.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dietmar STRIEGL
Martin Mörtenhuber
Roland LECHER
Stefan Wieser
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.)
Fronius International GmbH
Original Assignee
Fronius International GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Fronius International GmbH filed Critical Fronius International GmbH
Publication of EP4128512A1 publication Critical patent/EP4128512A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters
    • 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
    • H02M1/0043—Converters switched with a phase shift, i.e. interleaved
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    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
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    • H02M7/537—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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the present invention relates to an inverter with a first input pole and a second input pole and comprising a first phase branch, with an upper power switch and a lower power switch connected in series to the upper power switch via a first output pole, comprising a second phase branch, with an upper power switch and a to the upper circuit breaker via a second output pole in series-connected second lower circuit breaker, and comprising a switching unit which is designed to switch the inverter from a multi-phase operation to a single-phase operation in order to output a single-phase AC output voltage.
  • the present invention also relates to a method for operating an inverter.
  • An inverter also called an inverter, is a direct current / alternating current converter and thus converts an input direct voltage on an input side into one or more output alternating voltages on an output side.
  • the input of the inverter is connected to a DC voltage source, for example a photovoltaic system in generator mode, which makes the input DC voltage available.
  • An inverter can comprise one or more phase branches, an output alternating voltage being generated for each phase branch.
  • the output side of the inverter can be connected to an energy supply network in order to feed energy into the energy supply network.
  • three output poles of three phase branches of a three-phase inverter can be connected to the three network phases of an energy supply network.
  • the input side of the inverter is provided with a capacitive intermediate circuit.
  • the DC input voltage is applied to the intermediate circuit.
  • the intermediate circuit circuit comprises a first intermediate circuit capacitor, which is connected to a second intermediate circuit capacitor via an intermediate circuit center point, the input DC voltage is divided into a first intermediate circuit voltage on the first intermediate circuit capacitor and a second intermediate circuit voltage on the second intermediate circuit capacitor.
  • At least one first upper circuit breaker and at least one first lower circuit breaker are provided for each phase branch, the output pole of the relevant phase branch being provided at a connection point between the upper circuit breaker and the associated lower circuit breaker.
  • the at least one first upper power switch in each phase branch is used to generate the upper half-waves of the AC output voltage and the at least one first lower power switch is used to generate the lower half-waves of the AC output voltage of the relevant phase branch, the circuit breakers being controlled accordingly by a control unit.
  • the power switches can be designed as IGBTs or MOSFETs, for example.
  • the inverter is designed as a multi-level inverter
  • at least one second upper circuit breaker can be provided per phase branch, which is connected to the first upper circuit breaker via an upper center point.
  • at least one second lower circuit breaker can be provided per phase branch, which is connected to the second upper circuit breaker via a lower center point.
  • the first upper circuit breaker and the second upper circuit breaker connected via a respective upper center point each form an upper half-bridge, as well as the first lower circuit breaker and a respective lower center point connected second lower circuit breakers each have a lower half bridge.
  • the upper half-bridge is connected to the lower half-bridge via the associated output pole.
  • the upper center point and the lower center point can each be connected to the intermediate circuit center point via a diode.
  • a multi-phase inverter i.e. an inverter with several phase branches
  • Single-phase operation can take place, for example, as island operation, i.e. when the output poles of the inverter are disconnected from the power supply network.
  • only two of the three phase branches can be operated, for example, the single-phase AC output voltage being output between two of the three output poles, as disclosed in DE 102014 104216 B3.
  • the single-phase output alternating voltage results from the potential difference between the potentials of two output poles.
  • the first phase branch and the second phase branch together generate the output alternating voltage, an upper half-cycle being generated by both phase branches and a lower half-cycle by both phase branches.
  • the third phase branch is not included in single-phase operation.
  • the inverter comprises a third phase branch with an upper circuit breaker and a lower circuit breaker connected in series to the upper circuit breaker via a third output pole, and furthermore includes a control unit which is designed to operate the upper circuit breaker in each case and to control the lower power switch of the phase branches in such a way that one between the first input pole and the second Input DC voltage applied to the input pole is converted into an AC output voltage applied to the respective output pole, a center connection switch being provided between the third output pole and the intermediate circuit center point, the switching unit being designed to close the center connection switch in single-phase operation in order to also connect the third output pole to connect the intermediate circuit center point, and wherein the switching unit is designed to bring about a control of the upper and lower circuit breakers of the third phase branch to balance the intermediate circuit voltages on the first and second intermediate circuit capacitor in single-phase operation.
  • the object is further achieved by a method for operating an inverter, the inverter having a first phase branch with an upper circuit breaker and a lower circuit breaker connected in series to it via a first output pole, a second phase branch with an upper circuit breaker and one for this via a second output pole in series-connected lower circuit breaker, a third phase branch with an upper circuit breaker and a lower circuit breaker connected in series via a third output pole, the upper circuit breaker and the lower circuit breaker of the phase branches being controlled in such a way that an input DC voltage in applied to an output pole,
  • AC output voltages are converted, the input DC voltage being applied to an intermediate circuit with the first intermediate circuit capacitor and a second intermediate circuit capacitor connected via an intermediate circuit midpoint, the inverter being switched from a multi-phase operation to a single-phase operation by a switching unit in order to output a single-phase output alternating voltage, wherein the third output pole is connected to the intermediate circuit center point, and the upper and lower circuit breakers of the third phase branch are controlled for balancing intermediate circuit voltages on the first and second intermediate circuit capacitors.
  • first, second and third phase branches are of course not to be regarded as exhaustive; rather, the inverter according to the invention comprises at least three phase branches.
  • the intermediate circuit voltages of the intermediate circuit capacitors of the intermediate circuit are the same.
  • the situation can arise that the intermediate circuit voltages diverge on the intermediate circuit capacitors, for example because a half-wave asymmetrical load occurs at an output terminal.
  • An asymmetry of the intermediate circuit voltages means a reduction in one of the intermediate circuit voltages and an increase in the other intermediate circuit voltages, which can overload the relevant intermediate circuit capacitor with the increased intermediate circuit voltage. This can damage the relevant intermediate circuit capacitor. If a suitable protective mechanism is provided, an emergency shutdown can also take place before damage.
  • Another effect of asymmetrically loaded intermediate circuit capacitors are distorted sine waves of the output AC voltages output at the output terminal.
  • the intermediate circuit voltages are balanced according to the invention. This is done in that in single-phase operation, i.e. when only one output AC voltage is output (for which only the first and / or the second output terminal are used, see below), the third output terminal is not used for outputting an output AC voltage, but with the intermediate circuit Midpoint is connected.
  • the circuit breakers of the third phase branch are controlled to balance intermediate circuit voltages on the first and second intermediate circuit capacitors. This is particularly advantageous for inverters with small sizes, since no additional balancing unit is required for balancing the intermediate circuit voltages.
  • the switchover unit can be designed to take over the control of the upper and lower circuit breakers of the third phase branch for balancing the intermediate circuit voltages on the first and second intermediate circuit capacitor in single-phase operation. It thus achieves this control independently.
  • the switchover unit can also be configured to instruct the control unit in single-phase operation to control the upper and lower circuit breakers of the third phase branch for balancing the intermediate circuit voltages on the first and second intermediate circuit capacitors. In this way, the control unit takes over the clocking of the circuit breakers of the third phase branch for balancing the intermediate circuit voltages. In this way, the switchover unit effects activation by means of an instruction to the control unit.
  • the circuit breakers of the first and / or second phase branch are controlled in single-phase operation to output the single-phase AC output voltage. This can also be done by the switchover unit itself, or by the switchover unit instructing the control unit to do so.
  • the switchover unit can be designed, when switching from single-phase operation to multi-phase operation, to activate the respective upper and lower power switches of the phase branches for outputting the output AC voltage at the respective output pole. This means that not only one Switching from multi-phase operation to single-phase operation, but also from single-phase operation to multi-phase operation can be carried out completely.
  • the switching unit is preferably designed to close a phase connection switch arranged between the first and second output pole in single-phase operation in order to connect the first and second output pole to a common output pole and to control the respective upper circuit breaker and lower circuit breaker of the first and second phase branch for output a single-phase output AC voltage between the common output pole and the intermediate circuit center point.
  • the inverter can output twice the power to the energy supply network compared to operation of only one phase branch at one output pole.
  • the single-phase AC output voltage thus results from the potential difference between the common output pole and the intermediate circuit center point.
  • the current load capacity i.e. the maximum alternating current that can be output at the common output pole, can be doubled (or multiplied).
  • the switching unit can be designed to instruct the control unit in single-phase operation to control the respective upper circuit breaker and lower circuit breaker of the first and second phase branches to output a single-phase output AC voltage at the common output pole. In this way, the control unit is put into a single-phase control mode by the switchover unit.
  • the inverter preferably by the switchover unit, can be switched from single-phase operation to multi-phase operation by separating the first output pole and the second output pole.
  • the switching unit can be designed to open the phase connection switch when switching from single-phase operation to multi-phase operation in order to separate the first output terminal and the second output terminal. This means that the switching unit can also be used to switch from single-phase operation to multi-phase operation.
  • a second upper circuit breaker can be connected to a first upper circuit breaker via an upper midpoint
  • a second lower circuit breaker can be connected to a first lower circuit breaker via a lower midpoint Center point, as well as the lower center point is connected to the intermediate circuit center point.
  • the inverter thus corresponds to an NPC multi-level converter.
  • An inverter can also be provided with a first input pole and a second input pole and comprising at least three phase branches, each with at least one upper power switch and each at least one lower power switch connected in series to the at least one upper power switch via an output pole, comprising one between the first Input pole and the second input pole arranged intermediate circuit, with a first intermediate circuit capacitor and a second intermediate circuit capacitor connected to the first intermediate circuit capacitor via an intermediate circuit center point, and comprising a control unit which is designed to operate the at least one upper circuit breaker and at least one lower circuit breaker in each case in multi-phase operation to control at least three phase branches in such a way that an input DC voltage applied between the first input terminal and the second input terminal is converted to a voltage at the respective output terminal l applied AC output voltage is converted, a switching unit being provided which is designed to close a phase connection switch arranged between the first and second output poles in order to connect the first and second output poles to a common output pole and to switch the inverter from multi-phase operation to single-phase operation ,
  • FIGS. 1 to 7 show exemplary, schematic and non-limiting advantageous embodiments of the invention. It shows
  • 1 shows an inverter according to the state of the art
  • 2 shows an inverter with a phase connection switch and a midpoint connection switch in multi-phase operation
  • FIG. 3 shows the inverter from FIG. 2 in single-phase operation
  • Fig. 5a the switching pulses of the circuit breakers in multi-phase operation
  • Fig. 5b the output voltage and the output current in multi-phase operation
  • Fig. 6 the switching pulses of the circuit breakers of the third phase branch with a balancing in single-phase operation, as well as the output voltage and the output current,
  • the 1 shows a schematic inverter 1 according to the prior art, which has a direct voltage source 2, for example a photovoltaic system in generator mode, on its input side.
  • the DC voltage source 2 thus provides the inverter 1 with an input DC voltage Ue.
  • a capacitive intermediate circuit ZK is provided on the input side of the inverter 1, to which the input DC voltage Ue is applied.
  • the intermediate circuit ZK here comprises an upper intermediate circuit capacitor C + and a lower intermediate circuit capacitor C- connected in series via an intermediate circuit center point M, further serial and / or parallel capacitors in the intermediate circuit ZK of course also being able to be provided.
  • the DC input voltage Ue is applied between a first input terminal A and a second input terminal B, the two being connected in series
  • Intermediate circuit capacitors C +, C- between the first input pole A and the second input pole B is arranged.
  • the DC input voltage Ue is thus divided between the two intermediate circuit capacitors C + and C-, the upper intermediate circuit voltage UC1 being applied to the upper intermediate circuit capacitor C + and the lower intermediate circuit voltage UC2 being applied to the lower intermediate circuit capacitor C-.
  • the inverter comprises at least three, preferably exactly three, phase branches U, V, W.
  • Each phase branch U, V, W connects the first input pole A and the second input pole B via a first upper power switch SU1 +, SV1 +, SW1 + and one to the first upper power switch SU1 +, SV1 +, SW1 + via an output pole u, v, w first lower power switch SU1-, SV1-, SW1- connected in series.
  • an output alternating voltage ua1, ua2, ua3 is output at the output poles u, v, w for each output pole u, v, w.
  • each freewheeling diodes D are arranged, which are polarized in the direction of the first pole A.
  • a second upper power switch SU2 +, SV2 +, SW2 + is connected to the first upper power switch SU1 +, SV1 +, SW1 + via an upper center point MU +, MV +, MW + in each of the phase branches U, V, W.
  • a second lower power switch SU2-, SV2-, SW2- is connected to the first lower power switch SU1 +, SV1 +, SW1 + via a lower center point MU-, MV-, MW-.
  • the lower center points MU-, MV-, MW- are connected in the respective phase branch U, V, W each via lower diodes D- to the intermediate circuit center point M, the lower diodes D- being polarized in a permeable manner in the direction of the intermediate circuit center point M.
  • the illustrated inverter 1 thus exemplarily represents a three-phase NPC (Neutral Point Clamped) multi-level inverter with the phase branches U, VW, with each phase branch U, V being the upper half-bridge (each with the associated first and second upper circuit breaker SU1 + and SU2 + , SV1 + and SV2 +, SW1 + and SW2 +) and a lower half-bridge (each with the associated first and second lower power switch SU1- and SU2-, SV1- and SV2-, SW1- and SW2-).
  • the upper and lower half bridges can be viewed together as a DC / AC voltage bridge circuit.
  • the power switches SU 1+, SV1 +, SW1 +, SU1-, SV1-, SW1-, SU2 +, SV2 +, SW2 +, SU2-, SV2-, SW2- of the at least three phase branches U, V, W are controlled by a control unit 4 in multi-phase operation MB controlled in such a way that an output alternating voltage ua1, ua2, ua3 is output at each output pole u, v, w, the output alternating voltages ua1, ua2, ua3 preferably being phase-shifted.
  • the DC input voltage Ue is thus converted by the inverter 1 to an AC output voltage ua1, ua2, ua3 per phase branch U, V, W.
  • the output alternating voltages ua1, ua2, ua3 can be applied to the mains phases of an energy supply network 3 at the output of the inverter 1, with which output alternating currents ia1, ia2, ia3 are fed into the energy supply network 3. This is indicated in FIG. 1 by the closed power switch SN.
  • An energy supply network 3 comprises a number of network phases, each of which has a phase-shifted network voltage uL1, uL2, uL3 (e.g. 230 volts) with a mains frequency (e.g. 50 Hz).
  • the output alternating voltages ua1, ua2, ua3 are preferably synchronized with the respective mains voltage uL1, uL2, uL3 in order to enable simple feeding into the power supply network 3.
  • the output poles u, v, w are optionally provided with serial filter coils X and parallel filter capacitors C.
  • the filter capacitors C are connected in star here, the star point being connected to the intermediate circuit center point M.
  • the mode of operation of a polyphase inverter 1 in polyphase operation MB is well known, which is why it will not be discussed in more detail at this point.
  • FIG. 2 shows a preferred embodiment of an inverter 1 according to the invention, the first output pole u being connected to the second output pole v via a phase connection switch S1.
  • the second output terminal v can also be connected to the third output terminal w via the phase connection switch S1, or the first output terminal u can be connected to the third output terminal w via the phase connection switch S1.
  • a switchover unit 5 is provided which is designed to close the phase connection switch S1 for switching to single-phase operation EB and preferably also to open it for switching to multi-phase operation MB.
  • the switchover unit 5 is preferably an integral part of the control unit 4.
  • the power supply network 3 is connected to the output poles u, v, w, as is symbolized in FIG. 2 via the closed network switch SN. Furthermore, the phase connection switch S1 is open, with which the inverter 1 can be operated in a known manner in multi-phase operation MB.
  • the phase connection switch S1 can be closed by the switchover unit 5 and the first and second output poles u, v are thus connected to a common output pole uv.
  • the first or second output pole u, v can be used in single-phase operation EB, these output poles u, v not being connected to a common output pole uv.
  • This embodiment of the inverter 1 according to the invention is not shown in the figures.
  • the inverter 1 is preferably separated from the power supply network 3, as is symbolized in FIG. 3 by the open network switch SN. It is shown in Fig.
  • FIG 3 further shows a load Z between the common output pole uv and the intermediate circuit center point M with dashed lines. If only the first or second output pole u, v is used in single-phase operation EB, then the load Z between the first output pole u and the intermediate circuit center point M or the second output pole v and the intermediate circuit Center M provided.
  • the circuit breakers SU 1+, SV1 +, SU1-, SV1- of the first or second phase branch U, V can still be controlled as in multi-phase operation MB in order to provide an (now only single-phase) AC output voltage ua1, ua2 between the first output pole, as in multi-phase operation MB u and the intermediate circuit center point M or the second output pole v and intermediate circuit center point M are provided, ie at the load Z to be output. Only one of the phase branches U, V is operated here for outputting the single-phase AC output voltage.
  • the switching unit 5 in single-phase operation EB controls the power switches SU1 +, SV1 +, SU1-, SV1- of the first and second phase branches U, V to output a single-phase output voltage u12 between the common output pole uv and the intermediate circuit center M, ie at the load Z.
  • This effecting of the control of the power switches SU1 +, SV1 +, SU1-, SV1- of the first and second phase arms U, V for outputting a single-phase output voltage u12 can be done, for example, by the switching unit 5 takes over the control of the relevant power switches SU1 +, SV1 +, SU1-, SV1- itself or by the switching unit 5 instructs the control unit 4 to correspondingly control the relevant power switches SU1 +, SV1 +, SU1-, SV1-, as shown in FIG the connecting arrow between the switchover unit 5 and the control unit 4 is indicated.
  • the inverter 1 is preferably switched from single-phase operation EB to multi-phase operation MB by opening the phase connection switch S1 again, preferably by the switching unit 5, in order to close the first output terminal u and the second output terminal v separate.
  • the switching unit 5 can control the power switches SU1 +, SV1 +, SU1-, SV1- of the at least three phase branches U, V, W to output the at least three output AC voltages ua1, ua2, ua3 at the respective output pole u, v, w bring about. This can be done by the switching unit 5 instructing the control unit 4 to correspondingly control the relevant power switches SU1 +, SV1 +, SU1-, SV1-, as indicated in FIG. 3 by the connecting arrow.
  • a symmetrizing unit 6 can also be provided (not shown in FIG. 3 for reasons of space).
  • the balancing unit 6 is with the first and second input poles A, B, and with the Intermediate circuit center point M connected.
  • One possible embodiment of a balancing unit 6 is shown in FIG. 7 and comprises an upper balancing switch SS1 and a lower balancing switch SS2, which are connected in series and connect the first and second input poles.
  • the connection point between the upper balancing switch SS1 and a lower balancing switch SS2 is connected to the intermediate circuit center point M directly or via a balancing throttle L.
  • the upper balancing switch SS1 and lower balancing switch SS2 are controlled by a balancing controller, which can be an integral part of the control unit 4, in such a way that the intermediate circuit voltages UC1, UC2 are balanced on the first and second intermediate circuit capacitors C1, C2.
  • a center connection switch S2 is provided between the intermediate circuit center M and an output pole which is not connected to a further output pole via the phase connection switch S1, i.e. here the third output pole w, as is also shown in FIG. 3.
  • the switching unit 5 is designed to close the center connection switch S2 when switching from multi-phase operation MB to single-phase operation E and preferably also to open the center connection switch S2 when switching from single-phase operation EB to multi-phase operation MB. No additional balancing unit 6 is therefore required.
  • one of the output poles (e.g. the first output pole u) is used to output the single-phase AC output voltage ua1.
  • one of the output poles that are not used for this e.g. the second or third output pole v, w, if the first output pole u is used for the output of the single-phase AC output voltage ua1 is activated when switching from multi-phase operation MB to single-phase operation E via a center connection switch S2 connected to the intermediate circuit center point M and preferably also opened when switching from single-phase operation EB to multi-phase operation MB via the center connection switch S2 in order to separate said output pole (e.g. first or second output pole v, w) from the intermediate circuit center point M again.
  • the switching unit 5 can control the power switches SW1 +, SW1-, SW2 +, SW2- of the third phase branch W for balancing the intermediate circuit voltages UC1, UC2 on the first and second intermediate circuit capacitor C1 , C2. This can be done by the switching unit 5 instructing the control unit 4 to control the relevant power switches SW1 +, SW1-, SW2 +, SW2- which serves to balance the intermediate circuit voltages UC1, UC2 on the first and second intermediate circuit capacitors C1, C2.
  • the control unit 4 selects the duty cycle of the pulsing switch pair over a half-cycle in such a way that the desired output voltage u1 is output and preferably follows the first mains voltage uL1.
  • FIG. 5a shows the control of the circuit breakers of the first phase branch U in multi-phase operation MB.
  • the topmost graph in FIG the graph below shows the control of the first lower power switch SU1- and the bottom graph shows the control of the second lower power switch SU2-.
  • the first graph of FIG. 5b shows the first output voltage u1 at the first output terminal u
  • the second graph of FIG. 5b shows the output current ia1 output at the first output terminal.
  • the control unit 4 switches the first upper power switch SU1 + (of the upper half-bridge) for the upper half-wave of the output voltage u1 of the phase branch U, opposite to the first lower power switch SU1- (the lower half-bridge) with a fixed or variable clock frequency.
  • the duty cycle of the first upper circuit breaker SU1 + is changed from approximately 0% to approximately 100% and again to approximately 0%, with the duty cycle of the first lower circuit breaker SU1- from approximately 100% to approximately 0% and again to approximately 100% changed.
  • the second upper power switch SU2 + is closed and the second lower power switch SU2- is open.
  • the first lower power switch SU2 + (of the upper half-bridge) switches in the opposite direction to the second lower power switch SU2- (the lower half-bridge) with a fixed or variable clock frequency.
  • the duty cycle of the second upper circuit breaker SU2 + is changed from approximately 100% to approximately 0% and again to approximately 100%, with the duty cycle of the second lower circuit breaker SU2- from approximately 0% to approximately 100% and again to approximately 0% is changed.
  • the first lower power switch SU1- (the lower half bridge) is closed and the first upper power switch SU1 + (the upper half bridge) is open during the lower half-wave.
  • the power switches SV1 +, SV1-, SV2 +, SV2-, SW1 +, SW1-, SW2 +, SW2- of the second and third phase arms V, W are controlled in the same way in multi-phase operation MB, whereby usually a 120 ° phase shift between the respective output voltages u1, u2, u3 is provided.
  • the control of the circuit breakers SU 1+, SU1-, SU2 +, SU2-, SV1 +, SV1-, SV2 +, SV2-, SW1 +, SW1-, SW2 +, SW2- of the respective phase branches does not have to be exact take place.
  • the control of the power switches SU 1+, SU1-, SU2 +, SU2-, SV1 +, SV1-, SV2 +, SV2-, SW1 +, SW1-, SW2 +, SW2- of the respective Phase branches differ slightly through the control unit 4.
  • the circuit breakers of the associated phase branch (SU1 +, SU1-, SU2 +, SU2- when using the first output pole U or SV1 + , SV1-, SV2 +, SV2- when using the second output terminal V), preferably controlled as in multi-phase operation MB.
  • the circuit breakers of the first and second phase branches SU1 +, SU1-, SU2 +, SU2-, SV1 +, SV1-, SV2 +, SV2- are just as preferred as MB controlled in multi-phase operation. Preferably, however, no phase shift is provided. If a common output pole uv is provided, then twice the power can be delivered to the load Z.
  • the free (here the third output pole w) can be connected to the intermediate circuit center M through the switching unit 5 via the midpoint connection switch S2 be connected.
  • the intermediate circuit voltages UC1, UC2 at the intermediate circuit capacitors C1, C2 can be balanced by suitable timing of the power switches SW1 +, SW1-, SW2 +, SW2- of the third phase branch.
  • FIG. 1 An exemplary pulse pattern of the power switches SW1 +, SW2 +, SW1-, SW2- of the third phase branch W for balancing the intermediate circuit voltages UC1, UC2 is shown in FIG.
  • a balancing voltage uaM is thus generated at the third output pole w which, in the case of asymmetrical intermediate circuit voltages UC1, UC2, produces a balancing current iaM which counteracts this asymmetry of the intermediate circuit voltages UC1, UC2 and compensates for it.
  • the first upper power switch SW1 + and the first lower power switch SW1- are clocked in opposite directions and, in addition, the second upper circuit breaker SW2 + and the second lower circuit breaker SW2- are clocked in opposite directions.
  • the balancing voltage uaM alternates between a positive and negative phase, which are preferably designed to be of equal length.
  • a positive phase of the balancing voltage uaM when the first and second upper power switch SW1 +, SW2 + are closed and the first and second lower power switch SW1-, SW2- are open.
  • the balancing voltage uaM corresponds to the upper intermediate circuit voltage UC1.
  • a negative phase of the balancing voltage uaM when the first and second lower power switches SW1-, SW2- are closed and the first and second upper power switches SW1 +, SW2 + - are open.
  • the balancing voltage uaM corresponds to the negative lower intermediate circuit voltage UC2.
  • the balancing current iaM has a mean value of zero, as shown in FIG.
  • the intermediate circuit voltages UC1, UC2 and thus also the positive and negative phases of the balancing voltage uaM e.g.
  • the curve of the balancing current iaM shifts in such a way that its mean value is positive depending on the asymmetry of the intermediate circuit voltages UC1, UC2 or becomes negative, whereby the intermediate circuit voltages UC1, UC2 are again symmetrized, ie compensated, by the symmetrizing current iaM supplied.
  • the balancing current iaM thus causes a power flow from the intermediate circuit capacitor C1, C2 with a lower intermediate circuit voltage UC1, UC2 to the intermediate circuit capacitor C1, C2 with a higher intermediate circuit voltage UC1, UC2.
  • the balancing current iaM shifts again in such a way that its mean value becomes lower - until the intermediate circuit voltages UC1, UC2 and thus also the positive and negative phases the balancing voltage uaM is again symmetrical and thus the balancing current iaM is zero.
  • the balancing voltage uaM is kept at zero during the delay time (zero phase of the balancing voltage uaM) by closing the second upper power switch SW2 + and the first lower power switch SW1- and opening the first upper power switch SW1 + and the second lower power switch SW1-.
  • the first and second lower power switches SW1-, SW2- are closed and the first and second upper power switches SW1 +, SW2 + - are opened (negative phase of the balancing voltage uaM).
  • a ripple current through the filter coil L of the third phase branch W can be reduced in idle mode, i.e. when the intermediate circuit voltages UC1, UC2 are symmetrical, by suitably selected neutral phases.

Abstract

In order to achieve improved single-phase operation (EB) of an inverter (1) having a first input pole (A) and a second input pole (B) and comprising at least three phase branches (U, V, W), each having at least one upper power circuit breaker (SU1+, SV1+, SW1+) and at least one lower power circuit breaker (SU1-, SV1-, SW1-) connected in series to the at least one upper power circuit breaker (SU1+, SV1+, SW1+) via an output pole (u, v, w), a switching unit (5) is provided, which is designed to switch the inverter (1) from multi-phase operation (MB) to single-phase operation (EB) by closing a centre point connection switch (S2) in order to connect the third output pole (w) to the DC link middle point (M), and wherein the switching unit (5) is further designed, in single-phase operation (EB), to effect a control of the upper and lower power circuit breakers (SW1+, SW1-) of the third phase branch (W) for symmetrising the DC link voltages (UC1, UC2) at the first and second DC link capacitors (C1, C2).

Description

WO WbUHSbLrtlCHTER MIT DER FÄHIGKEIT ZWISCHEN E I N P H AS E N B bT kϊ bis 21/057987 UND DREIPHASENBETRIEB UMZUSCHALTEN WHERE WbUHSbLCHTER WITH THE ABILITY TO SWITCH BETWEEN SINGLE PH AS ENB bT kϊ to 21/057987 AND THREE-PHASE OPERATION
Die gegenständliche Erfindung betrifft einen Wechselrichter mit einem ersten Eingangspol und einem zweiten Eingangspol und umfassend einen ersten Phasenzweig, mit einem oberen Leistungsschalter und einen zum oberen Leistungsschalter über einen ersten Ausgangspol in Serie geschalteten unteren Leistungsschalter, umfassend einen zweiten Phasenzweig, mit einem oberen Leistungsschalter und einen zum oberen Leistungsschalter über einen zweiten Ausgangspol in Serie geschalteten zweiten unteren Leistungsschalter, und umfassend eine Umschalteinheit, welche ausgestaltet ist, den Wechselrichter von einem Mehrphasenbetrieb in einen Einphasenbetreib zu schalten um eine einphasige Ausgangs- Wechselspannung auszugeben. Weiters betrifft die gegenständliche Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters. The present invention relates to an inverter with a first input pole and a second input pole and comprising a first phase branch, with an upper power switch and a lower power switch connected in series to the upper power switch via a first output pole, comprising a second phase branch, with an upper power switch and a to the upper circuit breaker via a second output pole in series-connected second lower circuit breaker, and comprising a switching unit which is designed to switch the inverter from a multi-phase operation to a single-phase operation in order to output a single-phase AC output voltage. The present invention also relates to a method for operating an inverter.
Ein Wechselrichter, auch Inverter genannt, stellt einen Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler dar und wandelt somit eine Eingangs-Gleichspannung an einer Eingangsseite in eine oder mehrere Ausgangs-Wechselspannungen auf einer Ausgangsseite. Der Eingang des Wechselrichters ist mit einer Gleichspannungsquelle, beispielsweise einer Photovoltaik- Anlage im Generatorbetrieb, welche die Eingangs-Gleichspannung zur Verfügung stellt, verbunden. Ein Wechselrichter kann einen oder mehrere Phasenzweige umfassen, wobei pro Phasenzweig eine Ausgangs-Wechselspannung erzeugt wird. Die Ausgangsseite des Wechselrichters kann mit einem Energieversorgungsnetz verbunden sein, um Energie in das Energieversorgungsnetz einzuspeisen. Hierzu können beispielsweise drei Ausgangspole von drei Phasenzweigen eines dreiphasigen Wechselrichters mit den drei Netzphasen eines Energieversorgungsnetzes verbunden sein. Weiters ist die Eingangsseite des Wechselrichters mit einer kapazitiven Zwischenkreisschaltung versehen. An der Zwischenkreisschaltung liegt die Eingangsgleichspannung an. Umfasst die Zwischenkreisschaltung einen ersten Zwischenkreiskondensator, welcher über einen Zwischenkreis-Mittelpunkt mit einem zweiten Zwischenkreiskondensator verbunden ist, so teilt sich die Eingangs-Gleichspannung auf eine erste Zwischenkreisspannung am ersten Zwischenkreiskondensator und eine zweite Zwischenkreisspannung an zweiten Zwischenkreiskondensator auf. An inverter, also called an inverter, is a direct current / alternating current converter and thus converts an input direct voltage on an input side into one or more output alternating voltages on an output side. The input of the inverter is connected to a DC voltage source, for example a photovoltaic system in generator mode, which makes the input DC voltage available. An inverter can comprise one or more phase branches, an output alternating voltage being generated for each phase branch. The output side of the inverter can be connected to an energy supply network in order to feed energy into the energy supply network. For this purpose, for example, three output poles of three phase branches of a three-phase inverter can be connected to the three network phases of an energy supply network. Furthermore, the input side of the inverter is provided with a capacitive intermediate circuit. The DC input voltage is applied to the intermediate circuit. If the intermediate circuit circuit comprises a first intermediate circuit capacitor, which is connected to a second intermediate circuit capacitor via an intermediate circuit center point, the input DC voltage is divided into a first intermediate circuit voltage on the first intermediate circuit capacitor and a second intermediate circuit voltage on the second intermediate circuit capacitor.
Pro Phasenzweig ist zumindest ein erster oberer Leistungsschalter und zumindest ein erster unterer Leistungsschalter vorgesehen, wobei jeweils an einem Verbindungspunkt zwischen dem oberen Leistungsschalter und dem zugehörigen unteren Leistungsschalter der Ausgangspol des betreffenden Phasenzweigs vorgesehen ist. Im Mehrphasenbetrieb dient in jedem Phasenzweig der zumindest eine erste obere Leistungsschalter zum Generieren der oberen Halbwellen der Ausgangswechselspannung und der zumindest eine erste untere Leistungsschalter der Generierung der unteren Halbwellen der Ausgangs-Wechselspannung des betreffenden Phasenzweigs, wobei die Leistungsschalter von einer Steuereinheit entsprechend angesteuert werden. Die Leistungsschalter können z.B. als IGBTs oder MOSFETs ausgeführt sein. At least one first upper circuit breaker and at least one first lower circuit breaker are provided for each phase branch, the output pole of the relevant phase branch being provided at a connection point between the upper circuit breaker and the associated lower circuit breaker. In multi-phase operation, the at least one first upper power switch in each phase branch is used to generate the upper half-waves of the AC output voltage and the at least one first lower power switch is used to generate the lower half-waves of the AC output voltage of the relevant phase branch, the circuit breakers being controlled accordingly by a control unit. The power switches can be designed as IGBTs or MOSFETs, for example.
Ist der Wechselrichter als Multi-Level-Wechselrichter ausgebildet, so kann pro Phasenzweig zumindest ein zweiter oberer Leistungsschalter vorgesehen sein, welcher über einen oberen Mittelpunkt mit dem ersten oberen Leistungsschalter verbunden ist. Weiters kann pro Phasenzweig zumindest ein zweiter unterer Leistungsschalter vorgesehen sein, welcher über einen unteren Mittelpunkt mit dem zweiten oberen Leistungsschalter verbunden ist. In einem mehrphasigen NPC (Neutral-Point-Clamped) Multi-Level-Wechselrichter bilden pro Phasenzweig jeweils der erste obere Leistungsschalter und über einen jeweiligen oberen Mittelpunkt verbundene zweite obere Leistungsschalter je eine obere Halbbrücke, sowie der erste untere Leistungsschalter und über einen jeweiligen unteren Mittelpunkt verbundene zweite untere Leistungsschalter je eine untere Halbbrücke. In jedem Phasenzweig ist die obere Halbbrücke jeweils über den zugehörigen Ausgangspol mit der unteren Halbbrücke verbunden. Weiters können der obere Mittelpunkt und der untere Mittelpunkt jeweils über eine Diode mit dem Zwischenkreis-Mittelpunkt verbunden sein. If the inverter is designed as a multi-level inverter, at least one second upper circuit breaker can be provided per phase branch, which is connected to the first upper circuit breaker via an upper center point. Furthermore, at least one second lower circuit breaker can be provided per phase branch, which is connected to the second upper circuit breaker via a lower center point. In a multi-phase NPC (neutral-point-clamped) multi-level inverter, the first upper circuit breaker and the second upper circuit breaker connected via a respective upper center point each form an upper half-bridge, as well as the first lower circuit breaker and a respective lower center point connected second lower circuit breakers each have a lower half bridge. In each phase branch, the upper half-bridge is connected to the lower half-bridge via the associated output pole. Furthermore, the upper center point and the lower center point can each be connected to the intermediate circuit center point via a diode.
Es kann auch möglich sein einen mehrphasigen Wechselrichter (d.h. einen Wechselrichter mit mehreren Phasenzweigen) in einem Einphasenbetrieb zu betreiben. Ein Einphasenbetrieb kann beispielsweise als Inselbetrieb erfolgen, d.h. wenn die Ausgangspole des Wechselrichters vom Energieversorgungsnetz getrennt sind. Um einen Einphasenbetreib zu realisieren, können beispielsweise nur zwei der drei Phasenzweige betrieben werden, wobei die einphasige Ausgangswechselspannung zwischen zwei der drei Ausgangspole ausgegeben wird, wie es in der DE 102014 104216 B3 offenbart ist. Die einphasige Ausgangs-Wechselspannung ergibt sich also aus der Potentialdifferenz der Potentiale zweier Ausgangspole. Der erste Phasenzweig und der zweite Phasenzweig generieren dabei zusammen die Ausgangs-Wechselspannung, wobei eine obere Halbwelle von beiden Phasenzweigen, sowie eine untere Halbwelle von beiden Phasenzweigen, erzeugt werden. Der dritte Phasenzweig ist in den Einphasenbetrieb nicht eingebunden.It may also be possible to operate a multi-phase inverter (i.e. an inverter with several phase branches) in single-phase operation. Single-phase operation can take place, for example, as island operation, i.e. when the output poles of the inverter are disconnected from the power supply network. To implement single-phase operation, only two of the three phase branches can be operated, for example, the single-phase AC output voltage being output between two of the three output poles, as disclosed in DE 102014 104216 B3. The single-phase output alternating voltage results from the potential difference between the potentials of two output poles. The first phase branch and the second phase branch together generate the output alternating voltage, an upper half-cycle being generated by both phase branches and a lower half-cycle by both phase branches. The third phase branch is not included in single-phase operation.
Es ist eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, einen Wechselrichter anzugeben, welcher einen verbesserten Einphasenbetrieb ermöglicht. It is an object of the present invention to specify an inverter which enables improved single-phase operation.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem der Wechselrichter einen dritten Phasenzweig, mit einem oberen Leistungsschalter und einen zum oberen Leistungsschalter über einen dritten Ausgangspol in Serie geschalteten unteren Leistungsschalter umfasst, und weiters eine Steuereinheit umfasst, welche ausgestaltet ist, in einem Mehrphasenbetrieb jeweils den oberen Leistungsschalter und unteren Leistungsschalter der Phasenzweige derart anzusteuern, dass eine zwischen dem ersten Eingangspol und dem zweiten Eingangspol anliegende Eingangs-Gleichspannung in eine am jeweiligen Ausgangspol anliegende Ausgangs-Wechselspannung gewandelt wird, wobei zwischen dem dritten Ausgangspol und dem Zwischenkreis-Mittelpunkt ein Mittelpunkverbindungsschalter vorgesehen ist, wobei die Umschalteinheit ausgestaltet ist, im Einphasenbetrieb den Mittelpunkverbindungsschalter zu schließen, um den dritten Ausgangspol mit dem Zwischenkreis-Mittelpunkt zu verbinden, und wobei die Umschalteinheit ausgestaltet ist, im Einphasenbetrieb eine Ansteuerung des oberen und unteren Leistungsschalters des dritten Phasenzweigs zur Symmetrierung der Zwischenkreisspannungen am ersten und zweiten Zwischenkreiskondensator zu erwirken. This object is achieved according to the invention in that the inverter comprises a third phase branch with an upper circuit breaker and a lower circuit breaker connected in series to the upper circuit breaker via a third output pole, and furthermore includes a control unit which is designed to operate the upper circuit breaker in each case and to control the lower power switch of the phase branches in such a way that one between the first input pole and the second Input DC voltage applied to the input pole is converted into an AC output voltage applied to the respective output pole, a center connection switch being provided between the third output pole and the intermediate circuit center point, the switching unit being designed to close the center connection switch in single-phase operation in order to also connect the third output pole to connect the intermediate circuit center point, and wherein the switching unit is designed to bring about a control of the upper and lower circuit breakers of the third phase branch to balance the intermediate circuit voltages on the first and second intermediate circuit capacitor in single-phase operation.
Die Aufgabe wird weiters durch ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters gelöst, wobei der Wechselrichter einen ersten Phasenzweig, mit einem oberen Leistungsschalter und einen dazu über einen ersten Ausgangspol in Serie geschalteten unteren Leistungsschalter, einen zweiten Phasenzweig, mit einem oberen Leistungsschalter und einen dazu über einen zweiten Ausgangspol in Serie geschalteten unteren Leistungsschalter, einen dritten Phasenzweig, mit einem oberen Leistungsschalter und einem dazu über einen dritten Ausgangspol in Serie geschalteten unteren Leistungsschalter umfasst, wobei in einem Mehrphasenbetrieb jeweils der obere Leistungsschalter und jeweils der untere Leistungsschalter der Phasenzweige derart angesteuert werden, dass eine Eingangsgleichspannung in an einem Ausgangspol anliegende,The object is further achieved by a method for operating an inverter, the inverter having a first phase branch with an upper circuit breaker and a lower circuit breaker connected in series to it via a first output pole, a second phase branch with an upper circuit breaker and one for this via a second output pole in series-connected lower circuit breaker, a third phase branch with an upper circuit breaker and a lower circuit breaker connected in series via a third output pole, the upper circuit breaker and the lower circuit breaker of the phase branches being controlled in such a way that an input DC voltage in applied to an output pole,
Ausgangswechselspannungen gewandelt wird, wobei die Eingangsgleichspannung an einen Zwischenkreis mit dem ersten Zwischenkreiskondensator und einem über einen Zwischenkreis-Mittelpunkt verbundenen zweiten Zwischenkreiskondensator angelegt wird, wobei der Wechselrichter von einer Umschalteinheit von einem Mehrphasenbetrieb in einen Einphasenbetrieb geschaltet wird, um eine einphasige Ausgangs-Wechselspannung auszugeben, wobei der dritte Ausgangspol mit dem Zwischenkreis-Mittelpunkt verbunden wird, und der obere und untere Leistungsschalter des dritten Phasenzweigs zur Symmetrierung von Zwischenkreisspannungen am ersten und zweiten Zwischenkreiskondensator angesteuert werden. AC output voltages are converted, the input DC voltage being applied to an intermediate circuit with the first intermediate circuit capacitor and a second intermediate circuit capacitor connected via an intermediate circuit midpoint, the inverter being switched from a multi-phase operation to a single-phase operation by a switching unit in order to output a single-phase output alternating voltage, wherein the third output pole is connected to the intermediate circuit center point, and the upper and lower circuit breakers of the third phase branch are controlled for balancing intermediate circuit voltages on the first and second intermediate circuit capacitors.
Die Aufzählung erster, zweiter und dritte Phasenzweig ist natürlich nicht abschließend anzusehen, vielmehr umfasst der erfindungsgemäße Wechselrichter zumindest drei Phasenzweige. The list of the first, second and third phase branches is of course not to be regarded as exhaustive; rather, the inverter according to the invention comprises at least three phase branches.
In einem Wechselrichter mit geteiltem Zwischenkreis ist vorgesehen, dass die Zwischenkreisspannungen der Zwischenkreiskondensatoren des Zwischenkreises gleich groß sind. Es kann jedoch die Situation eintreten, dass die Zwischenkreisspannungen an den Zwischenkreiskondensatoren auseinanderlaufen, z.B. da an einem Ausgangspol eine halbwellenunsymmetrische Belastung auftritt. Eine Unysmmetrie der Zwischenkreisspannungen bedeutet eine Absenkung einer der Zwischenkreisspannungen und eine Erhöhung der anderen Zwischenkreisspannungen, womit eine Überlastung des betreffenden Zwischenkreiskondensators mit der erhöhten Zwischenkreisspannung auftreten kann. Dadurch kann eine Beschädigung des betreffenden Zwischenkreiskondensators erfolgen. Sofern ein geeigneter Schutzmechanismus vorgesehen ist, kann vor einer Beschädigung auch eine Notausschaltung erfolgen. Ein weiterer Effekt unsymmetrisch belasteter Zwischenkreiskondensatoren sind verzerrte Sinuswellen der am Ausgangspol ausgegebenen Ausgangs-Wechselspannungen. Um die genannten und weitere Nachteile zu verhindern, werden erfindungsgemäß die Zwischenkreisspannungen symmetriert. Dies erfolgt, indem im Einphasenbetrieb, d.h. bei Ausgabe lediglich einer Ausgangs- Wechselspannung (wofür lediglich der erste und/oder der zweite Ausgangspol verwendet werden, siehe unten) der dritte Ausgangspol nicht für die Ausgabe einer Ausgangs- Wechselspannung verwendet, sondern mit dem Zwischenkreis-Mittelpunkt verbunden wird. Die Leistungsschalter des dritten Phasenzweigs werden zur Symmetrierung von Zwischenkreisspannungen am ersten und zweiten Zwischenkreiskondensator angesteuert werden. Dies ist besonders bei Wechselrichtern mit kleinen Baugrößen vorteilhaft, da keine zusätzliche Symmetriereinheit zur Symmetrierung der Zwischenkreisspannungen erforderlich ist. In an inverter with a split intermediate circuit, it is provided that the intermediate circuit voltages of the intermediate circuit capacitors of the intermediate circuit are the same. However, the situation can arise that the intermediate circuit voltages diverge on the intermediate circuit capacitors, for example because a half-wave asymmetrical load occurs at an output terminal. An asymmetry of the intermediate circuit voltages means a reduction in one of the intermediate circuit voltages and an increase in the other intermediate circuit voltages, which can overload the relevant intermediate circuit capacitor with the increased intermediate circuit voltage. This can damage the relevant intermediate circuit capacitor. If a suitable protective mechanism is provided, an emergency shutdown can also take place before damage. Another effect of asymmetrically loaded intermediate circuit capacitors are distorted sine waves of the output AC voltages output at the output terminal. In order to prevent the disadvantages mentioned and other disadvantages, the intermediate circuit voltages are balanced according to the invention. This is done in that in single-phase operation, i.e. when only one output AC voltage is output (for which only the first and / or the second output terminal are used, see below), the third output terminal is not used for outputting an output AC voltage, but with the intermediate circuit Midpoint is connected. The circuit breakers of the third phase branch are controlled to balance intermediate circuit voltages on the first and second intermediate circuit capacitors. This is particularly advantageous for inverters with small sizes, since no additional balancing unit is required for balancing the intermediate circuit voltages.
Die Umschalteinheit kann ausgestaltet sein, im Einphasenbetrieb selbst die Ansteuerung des oberen und unteren Leistungsschalters des dritten Phasenzweigs zur Symmetrierung der Zwischenkreisspannungen am ersten und zweiten Zwischenkreiskondensator zu übernehmen. Damit erwirkt sie diese Ansteuerung eigenständig. The switchover unit can be designed to take over the control of the upper and lower circuit breakers of the third phase branch for balancing the intermediate circuit voltages on the first and second intermediate circuit capacitor in single-phase operation. It thus achieves this control independently.
Die Umschalteinheit kann aber auch ausgestaltet sein, im Einphasenbetrieb die Steuereinheit zu einer Ansteuerung des oberen und unteren Leistungsschalters des dritten Phasenzweigs zur Symmetrierung der Zwischenkreisspannungen am ersten und zweiten Zwischenkreiskondensator anzuweisen. Damit übernimmt die Steuereinheit die Taktung der Leistungsschalter des dritten Phasenzweigs zur Symmetrierung der Zwischenkreisspannungen. Damit erwirkt die Umschalteinheit die Ansteuerung durch Anweisung an die Steuereinheit. However, the switchover unit can also be configured to instruct the control unit in single-phase operation to control the upper and lower circuit breakers of the third phase branch for balancing the intermediate circuit voltages on the first and second intermediate circuit capacitors. In this way, the control unit takes over the clocking of the circuit breakers of the third phase branch for balancing the intermediate circuit voltages. In this way, the switchover unit effects activation by means of an instruction to the control unit.
Die Leistungsschalter des ersten und/oder zweiten Phasenzweigs werden im Einphasenbetrieb zur Ausgabe der einphasigen Ausgangs-Wechselspannung angesteuert. Dies kann ebenso durch die Umschalteinheit selbst erfolgen, oder indem die Umschalteinheit die Steuereinheit dazu anweist. The circuit breakers of the first and / or second phase branch are controlled in single-phase operation to output the single-phase AC output voltage. This can also be done by the switchover unit itself, or by the switchover unit instructing the control unit to do so.
Die Umschalteinheit kann ausgestaltet sein, beim Umschalten von Einphasenbetrieb in den Mehrphasenbetrieb eine Ansteuerung des jeweils oberen und jeweils unteren Leistungsschalter der Phasenzweige zum Ausgeben der Ausgangswechselspannung am jeweiligen Ausgangspol zu erwirken. Damit kann von der Umschalteinheit nicht nur ein Umschalten vom Mehrphasenbetrieb in den Einphasenbetrieb, sondern auch vom Einphasenbetreib in den Mehrphasenbetrieb vollständig durchgeführt werden. The switchover unit can be designed, when switching from single-phase operation to multi-phase operation, to activate the respective upper and lower power switches of the phase branches for outputting the output AC voltage at the respective output pole. This means that not only one Switching from multi-phase operation to single-phase operation, but also from single-phase operation to multi-phase operation can be carried out completely.
Vorzugsweise ist die Umschalteinheit ausgestaltet, im Einphasenbetrieb einen zwischen dem ersten und zweiten Ausgangspol angeordneten Phasenverbindungsschalter zu schließen, um den ersten und zweiten Ausgangspol zu einem gemeinsamen Ausgangspol zu verbinden und eine Ansteuerung des jeweils oberen Leistungsschalters und jeweils unteren Leistungsschalters des ersten und zweiten Phasenzweigs zur Ausgabe einer einphasigen Ausgangs-Wechselspannung zwischen dem gemeinsamen Ausgangspol und dem Zwischenkreis-Mittelpunkt zu erwirken. Damit kann der Wechselrichter im Einphasenbetrieb gegenüber dem Betrieb nur eines Phasenzweigs an einem Ausgangspol die doppelte Leistung an das Energieversorgungsnetz abgeben. The switching unit is preferably designed to close a phase connection switch arranged between the first and second output pole in single-phase operation in order to connect the first and second output pole to a common output pole and to control the respective upper circuit breaker and lower circuit breaker of the first and second phase branch for output a single-phase output AC voltage between the common output pole and the intermediate circuit center point. This means that in single-phase operation, the inverter can output twice the power to the energy supply network compared to operation of only one phase branch at one output pole.
Die einphasige Ausgangswechselspannung ergibt sich damit also aus der Potentialdifferenz des gemeinsamen Ausgangspols und dem Zwischenkreis-Mittelpunkt. Durch das Zusammenschalten zweier (oder auch mehrerer) Phasenzweige kann im Einphasenbetrieb gegenüber dem mehrphasigen Normalbetreib die Strom belastbarkeit, d.h. der am gemeinsamen Ausgangspol maximal abgebbare Wechselstrom, verdoppelt (oder vermehrfacht) werden. The single-phase AC output voltage thus results from the potential difference between the common output pole and the intermediate circuit center point. By connecting two (or more) phase branches in single-phase operation, compared to normal multi-phase operation, the current load capacity, i.e. the maximum alternating current that can be output at the common output pole, can be doubled (or multiplied).
Ist im Einphasenbetrieb ein gemeinsamer Ausgangspol vorgesehen, dann kann die Umschalteinheit ausgestaltet sein, im Einphasenbetrieb die Steuereinheit zu einer Ansteuerung des jeweils oberen Leistungsschalters und jeweils unteren Leistungsschalters des ersten und zweiten Phasenzweigs zur Ausgabe einer einphasigen Ausgangs- Wechselspannung am gemeinsamen Ausgangspol anzuweisen. Damit wird die Steuereinheit von der Umschalteinheit in einen Einphasenansteuerungsmodus versetzt. If a common output pole is provided in single-phase operation, then the switching unit can be designed to instruct the control unit in single-phase operation to control the respective upper circuit breaker and lower circuit breaker of the first and second phase branches to output a single-phase output AC voltage at the common output pole. In this way, the control unit is put into a single-phase control mode by the switchover unit.
Ist im Einphasenbetrieb ein gemeinsamer Ausgangspol vorgesehen, dann kann der Wechselrichter, vorzugsweise von der Umschalteinheit, vom Einphasenbetrieb in den Mehrphasenbetrieb geschaltet werden, indem der erste Ausgangspol und der zweiten Ausgangspol getrennt werden. If a common output pole is provided in single-phase operation, then the inverter, preferably by the switchover unit, can be switched from single-phase operation to multi-phase operation by separating the first output pole and the second output pole.
Es kann die Umschalteinheit ausgestaltet sein, den Phasenverbindungsschalter beim Umschalten vom Einphasenbetrieb in den Mehrphasenbetrieb zu öffnen, um den ersten Ausgangspol und den zweiten Ausgangspol zu trennen. Damit kann durch die Umschalteinheit auch vom Einphasenbetrieb in den Mehrphasenbetrieb geschaltet werden.The switching unit can be designed to open the phase connection switch when switching from single-phase operation to multi-phase operation in order to separate the first output terminal and the second output terminal. This means that the switching unit can also be used to switch from single-phase operation to multi-phase operation.
Es kann in den Phasenzweigen jeweils ein zweiter oberer Leistungsschalter über jeweils einen oberen Mittelpunkt mit einem ersten oberen Leistungsschalter verbunden sein und jeweils ein zweiter unterer Leistungsschalter über einen unteren Mittelpunkt mit einem ersten unteren Leistungsschalter verbunden sein, wobei in den Phasenzweigen jeweils der obere Mittelpunkt, sowie der untere Mittelpunkt mit dem Zwischenkreis-Mittelpunkt verbunden ist. Damit entspricht der Wechselrichter einem NPC Multi-Level-Converter. In each of the phase branches, a second upper circuit breaker can be connected to a first upper circuit breaker via an upper midpoint, and a second lower circuit breaker can be connected to a first lower circuit breaker via a lower midpoint Center point, as well as the lower center point is connected to the intermediate circuit center point. The inverter thus corresponds to an NPC multi-level converter.
Es kann auch ein Wechselrichter mit einem ersten Eingangspol und einem zweiten Eingangspol vorgesehen sein und umfassend zumindest drei Phasenzweige, jeweils mit zumindest einem oberen Leistungsschalter und jeweils zumindest einen zum zumindest einen oberen Leistungsschalter über einen Ausgangspol in Serie geschalteten unteren Leistungsschalter, umfassend einen zwischen dem ersten Eingangspol und dem zweiten Eingangspol angeordneten Zwischenkreis, mit einen erstem Zwischenkreiskondensator und einen über einen Zwischenkreis-Mittelpunkt mit dem ersten Zwischenkreiskondensator verbundenen zweiten Zwischenkreiskondensator und umfassend eine Steuereinheit, welche ausgestaltet ist, in einem Mehrphasenbetrieb jeweils den zumindest einen oberen Leistungsschalter und zumindest einen unteren Leistungsschalter der zumindest drei Phasenzweige derart anzusteuern, dass eine zwischen dem ersten Eingangspol und dem zweiten Eingangspol anliegende Eingangs-Gleichspannung in eine am jeweiligen Ausgangspol anliegende Ausgangswechselspannung gewandelt wird, wobei eine Umschalteinheit vorgesehen ist, welche ausgestaltet ist, einen zwischen dem ersten und zweiten Ausgangspol angeordneten Phasenverbindungsschalters zu schließen, um den ersten und zweiten Ausgangspol zu einem gemeinsamen Ausgangspol zu verbinden und den Wechselrichter vom Mehrphasenbetrieb in einen Einphasenbetreib zu schalten, und wobei die Umschalteinheit ausgestaltet ist, im Einphasenbetrieb eine Ansteuerung der Leistungsschalter des ersten und zweiten Phasenzweigs zur Ausgabe einer einphasigen Ausgangs-Wechselspannung zwischen dem gemeinsamen Ausgangspol und dem Zwischenkreis-Mittelpunkt zu erwirken, wobei eine Symmetriereinheit vorgesehen sein kann, um Zwischenkreisspannungen am ersten und zweiten Zwischenkreiskondensator zu symmetrieren oder wobei ein zwischen dem dritten Ausgangspol und dem Zwischenkreis- Mittelpunkt ein Mittelpunkverbindungsschalter vorgesehen ist, wobei die Umschalteinheit ausgestaltet ist im Einphasenbetrieb den Mittelpunkverbindungsschalter zu schließen, um den dritten Ausgangspol mit dem Zwischenkreis-Mittelpunkt zu verbinden, wobei vorzugsweise die Umschalteinheit ausgestaltet ist, im Einphasenbetrieb eine Ansteuerung der Leistungsschalter zur Symmetrierung der Zwischenkreisspannungen am ersten und zweiten Zwischenkreiskondensator zu erwirken. An inverter can also be provided with a first input pole and a second input pole and comprising at least three phase branches, each with at least one upper power switch and each at least one lower power switch connected in series to the at least one upper power switch via an output pole, comprising one between the first Input pole and the second input pole arranged intermediate circuit, with a first intermediate circuit capacitor and a second intermediate circuit capacitor connected to the first intermediate circuit capacitor via an intermediate circuit center point, and comprising a control unit which is designed to operate the at least one upper circuit breaker and at least one lower circuit breaker in each case in multi-phase operation to control at least three phase branches in such a way that an input DC voltage applied between the first input terminal and the second input terminal is converted to a voltage at the respective output terminal l applied AC output voltage is converted, a switching unit being provided which is designed to close a phase connection switch arranged between the first and second output poles in order to connect the first and second output poles to a common output pole and to switch the inverter from multi-phase operation to single-phase operation , and wherein the switching unit is designed to activate the circuit breakers of the first and second phase branches in single-phase operation for outputting a single-phase output AC voltage between the common output pole and the intermediate circuit center point to symmetrize the second intermediate circuit capacitor or wherein a center point connection switch is provided between the third output pole and the intermediate circuit midpoint, the switching unit being configured in the Einph Asenbetrieb to close the center connection switch in order to connect the third output pole to the intermediate circuit center point, the switching unit preferably being designed to trigger the circuit breakers in single-phase operation to balance the intermediate circuit voltages on the first and second intermediate circuit capacitors.
Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 7 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt The present invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 7, which show exemplary, schematic and non-limiting advantageous embodiments of the invention. It shows
Fig.1 einen Wechselrichter nach dem Stand der Technik, Fig.2 einen Wechselrichter mit einem Phasenverbindungsschalter und einem Mittelpunktverbindungsschalter im Mehrphasenbetrieb, 1 shows an inverter according to the state of the art, 2 shows an inverter with a phase connection switch and a midpoint connection switch in multi-phase operation,
Fig.3 den Wechselrichter aus Fig. 2 im Einphasenbetrieb, 3 shows the inverter from FIG. 2 in single-phase operation,
Fig.4 den Wechselrichter mit geschlossenem Mittelpunktverbindungsschalter,Fig. 4 the inverter with the midpoint connection switch closed,
Fig.5a die Schaltimpulse der Leistungsschalter im Mehrphasenbetrieb, Fig. 5a the switching pulses of the circuit breakers in multi-phase operation,
Fig.5b die Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom im Mehrphasenbetrieb,Fig. 5b the output voltage and the output current in multi-phase operation,
Fig.6 die Schaltimpulse der Leistungsschalter des dritten Phasenzweigs bei einer Symmetrierung im Einphasenbetrieb, sowie die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom, Fig. 6 the switching pulses of the circuit breakers of the third phase branch with a balancing in single-phase operation, as well as the output voltage and the output current,
Fig.7 eine mögliche Ausgestaltung der Symmetriereinheit. 7 shows a possible embodiment of the balancing unit.
In Fig. 1 ist ein schematischer Wechselrichter 1 nach dem Stand der Technik dargestellt, welcher an seiner Eingangsseite eine Gleichspannungsquelle 2, beispielsweise eine Photovoltaik-Anlage im Generatorbetrieb, aufweist. Die Gleichspannungsquelle 2 stellt dem Wechselrichter 1 somit eine Eingangsgleichspannung Ue zur Verfügung. Weiters ist an der Eingangsseite des Wechselrichters 1 ein kapazitiver Zwischenkreis ZK vorgesehen, an welchem die Eingangsgleichspannung Ue anliegt. Der Zwischenkreis ZK umfasst hier einen oberen Zwischenkreiskondensator C+ und einen über einen Zwischenkreis-Mittelpunkt M in Serie geschalteten unteren Zwischenkreiskondensator C-, wobei natürlich auch weitere serielle und/oder parallele Kondensatoren im Zwischenkreis ZK vorgesehen sein können.1 shows a schematic inverter 1 according to the prior art, which has a direct voltage source 2, for example a photovoltaic system in generator mode, on its input side. The DC voltage source 2 thus provides the inverter 1 with an input DC voltage Ue. Furthermore, a capacitive intermediate circuit ZK is provided on the input side of the inverter 1, to which the input DC voltage Ue is applied. The intermediate circuit ZK here comprises an upper intermediate circuit capacitor C + and a lower intermediate circuit capacitor C- connected in series via an intermediate circuit center point M, further serial and / or parallel capacitors in the intermediate circuit ZK of course also being able to be provided.
Die Eingangsgleichspannung Ue liegt zwischen einem ersten Eingangspol A und einem zweiten Eingangspol B an, wobei die Serienschaltung der beidenThe DC input voltage Ue is applied between a first input terminal A and a second input terminal B, the two being connected in series
Zwischenkreiskondensatoren C+, C- zwischen dem ersten Eingangspol A und dem zweiten Eingangspol B angeordnet ist. Damit teilt sich die Eingangsgleichspannung Ue auf die beiden Zwischenkreiskondensatoren C+ und C- auf, wobei am oberen Zwischenkreiskondensator C+ die obere Zwischenkreisspannung UC1 und am unteren Zwischenkreiskondensator C- die untere Zwischenkreisspannung UC2 anliegt. Intermediate circuit capacitors C +, C- between the first input pole A and the second input pole B is arranged. The DC input voltage Ue is thus divided between the two intermediate circuit capacitors C + and C-, the upper intermediate circuit voltage UC1 being applied to the upper intermediate circuit capacitor C + and the lower intermediate circuit voltage UC2 being applied to the lower intermediate circuit capacitor C-.
Der Wechselrichter umfasst zumindest drei, vorzugsweise genau drei, Phasenzweige U, V, W. Jeder Phasenzweig U, V, W verbindet den ersten Eingangspol A und den zweiten Eingangspol B über einen ersten oberen Leistungsschalter SU1+, SV1+, SW1+ und einem zum ersten oberen Leistungsschalter SU1+, SV1+, SW1+ über einen Ausgangspol u, v, w in Serie geschalteten ersten unteren Leistungsschalter SU1-, SV1-, SW1-. An den Ausgangspolen u, v, w wird im Mehrphasenbetrieb MB jeweils eine Ausgangs- Wechselspannung ua1, ua2, ua3 pro Ausgangspol u, v, w ausgegeben. Parallel zu den oberen Leistungsschaltern SU1+, SV1+, SW1+ und den unteren Leistungsschaltern SU1-, SV1-, SW1- sind jeweils Freilaufdioden D angeordnet, die in Richtung des ersten Pols A durchlässig gepolt sind. The inverter comprises at least three, preferably exactly three, phase branches U, V, W. Each phase branch U, V, W connects the first input pole A and the second input pole B via a first upper power switch SU1 +, SV1 +, SW1 + and one to the first upper power switch SU1 +, SV1 +, SW1 + via an output pole u, v, w first lower power switch SU1-, SV1-, SW1- connected in series. In multi-phase operation MB, an output alternating voltage ua1, ua2, ua3 is output at the output poles u, v, w for each output pole u, v, w. In parallel with the upper circuit breakers SU1 +, SV1 +, SW1 + and the lower circuit breakers SU1-, SV1-, SW1- each freewheeling diodes D are arranged, which are polarized in the direction of the first pole A.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist in den Phasenzweigen U, V, Wjeweils ein zweiter oberer Leistungsschalter SU2+, SV2+, SW2+ über jeweils einen oberen Mittelpunkt MU+, MV+, MW+ mit dem ersten oberen Leistungsschalter SU1+, SV1+, SW1+ verbunden. Analog ist jeweils ein zweiter unterer Leistungsschalter SU2-, SV2-, SW2- über einen unteren Mittelpunkt MU-, MV-, MW- mit dem ersten unteren Leistungsschalter SU1+, SV1+, SW1 + verbunden. Parallel zu den zweiten oberen Leistungsschaltern SU2+, SV2+, SW2+ und den zweiten unteren Leistungsschaltern SU2-, SV2-, SW2- sind jeweils Freilaufdioden D angeordnet, die in Richtung des ersten Pols A durchlässig gepolt sind. Natürlich können in den Phasenzweigen U, V, Wauch weitere Leistungsschalter vorgesehen sein, beispielsweise um die Leistung des Wechselrichters 1 zu erhöhen. Der Zwischenkreis- Mittelpunkt M ist im jeweiligen Phasenzweig U, V, W über obere Dioden D+ jeweils mit dem oberen Mittelpunkt MU+, MV+, MW+ verbunden und in Richtung der oberen Mittelpunkte MU+, MV+, MW+ durchlässig gepolt. Die unteren Mittelpunkte MU-, MV-, MW- sind im jeweiligen Phasenzweig U, V, Wjeweils über untere Dioden D- mit dem Zwischenkreis- Mittelpunkt M verbunden, wobei die unteren Dioden D- in Richtung des Zwischenkreis- Mittelpunkts M durchlässig gepolt sind. Damit stellt der abgebildete Wechselrichters 1 beispielhaft einen dreiphasigen NPC (Neutral Point Clamped) Multi-Level Inverter mit den Phasenzweigen U, V W dar, wobei hier jeder Phasenzweig U, V Weine obere Halbbrücke (jeweils mit dem zugehörigen ersten und zweiten oberen Leistungsschalter SU1+ und SU2+, SV1+ und SV2+, SW1+ und SW2+) und eine untere Halbbrücke umfasst (jeweils mit dem zugehörigen ersten und zweiten unteren Leistungsschalter SU1- und SU2-, SV1- und SV2-, SW1- und SW2-). Die oberen und unteren Halbbrücken können gemeinsam als Gleichspannungs/Wechselspannungs-Brückenschaltung angesehen werden. In the illustrated embodiment, a second upper power switch SU2 +, SV2 +, SW2 + is connected to the first upper power switch SU1 +, SV1 +, SW1 + via an upper center point MU +, MV +, MW + in each of the phase branches U, V, W. Similarly, a second lower power switch SU2-, SV2-, SW2- is connected to the first lower power switch SU1 +, SV1 +, SW1 + via a lower center point MU-, MV-, MW-. In parallel to the second upper power switches SU2 +, SV2 +, SW2 + and the second lower power switches SU2-, SV2-, SW2-, free-wheeling diodes D, which are polarized in a permeable manner in the direction of the first pole A, are arranged in each case. Of course, further power switches can be provided in the phase branches U, V, Wauch, for example in order to increase the power of the inverter 1. The intermediate circuit center M is connected to the upper center MU +, MV +, MW + in the respective phase branch U, V, W via upper diodes D + and is polarized in a permeable manner in the direction of the upper center points MU +, MV +, MW +. The lower center points MU-, MV-, MW- are connected in the respective phase branch U, V, W each via lower diodes D- to the intermediate circuit center point M, the lower diodes D- being polarized in a permeable manner in the direction of the intermediate circuit center point M. The illustrated inverter 1 thus exemplarily represents a three-phase NPC (Neutral Point Clamped) multi-level inverter with the phase branches U, VW, with each phase branch U, V being the upper half-bridge (each with the associated first and second upper circuit breaker SU1 + and SU2 + , SV1 + and SV2 +, SW1 + and SW2 +) and a lower half-bridge (each with the associated first and second lower power switch SU1- and SU2-, SV1- and SV2-, SW1- and SW2-). The upper and lower half bridges can be viewed together as a DC / AC voltage bridge circuit.
Die Leistungsschalter SU 1+, SV1+, SW1+, SU1-, SV1-, SW1-, SU2+, SV2+, SW2+, SU2-, SV2-, SW2- der zumindest drei Phasenzweige U, V, W werden im Mehrphasenbetrieb MB von einer Steuereinheit 4 derart angesteuert, dass an jedem Ausgangspol u, v, w eine Ausgangs-Wechselspannung ua1, ua2, ua3 ausgegeben wird, wobei die Ausgangs- Wechselspannungen ua1, ua2, ua3 vorzugsweise phasenverschoben sind. Es wird also vom Wechselrichter 1 die Eingangs-Gleichspannung Ue an eine Ausgangswechselspannung ua1, ua2, ua3 pro Phasenzweig U, V, W gewandelt. Die Ausgangs-Wechselspannungen ua1, ua2, ua3 können am Ausgang des Wechselrichters 1 jeweils an die Netzphasen eines Energieversorgungsnetzes 3 angelegt werden, womit Ausgangs-Wechselströme ia1, ia2, ia3 in das Energieversorgungsnetz 3 eingespeist werden. Dies ist in Fig.1 durch die geschlossenen Netzschalter SN angedeutet. Ein Energieversorgungsnetz 3 umfasst eine Anzahl Netzphasen, die jeweils eine phasenverschobene Netzspannung uL1, uL2, uL3 (z.B. 230 Volt) mit einer Netzfrequenz (z.B. 50 Hz) aufweisen. Die Ausgangs-Wechselspannungen ua1, ua2, ua3 sind vorzugsweise mit der jeweiligen Netzspannung uL1, uL2, uL3 synchronisiert, um ein einfaches Einspeisen in das Energieversorgungsnetz 3 zu ermöglichen. Es sind die Ausgangspole u, v, w weiters optionalerweise mit seriellen Filterspulen X und parallelen Filterkondensatoren C versehen. Die Filterkondensatoren C sind hier in Stern geschaltet, wobei der Sternpunkt mit dem Zwischenkreis-Mittelpunkt M verbunden ist. Die Funktionsweise eines mehrphasigen Wechselrichters 1 im Mehrphasenbetrieb MB ist hinlänglich bekannt, weshalb an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen wird. The power switches SU 1+, SV1 +, SW1 +, SU1-, SV1-, SW1-, SU2 +, SV2 +, SW2 +, SU2-, SV2-, SW2- of the at least three phase branches U, V, W are controlled by a control unit 4 in multi-phase operation MB controlled in such a way that an output alternating voltage ua1, ua2, ua3 is output at each output pole u, v, w, the output alternating voltages ua1, ua2, ua3 preferably being phase-shifted. The DC input voltage Ue is thus converted by the inverter 1 to an AC output voltage ua1, ua2, ua3 per phase branch U, V, W. The output alternating voltages ua1, ua2, ua3 can be applied to the mains phases of an energy supply network 3 at the output of the inverter 1, with which output alternating currents ia1, ia2, ia3 are fed into the energy supply network 3. This is indicated in FIG. 1 by the closed power switch SN. An energy supply network 3 comprises a number of network phases, each of which has a phase-shifted network voltage uL1, uL2, uL3 (e.g. 230 volts) with a mains frequency (e.g. 50 Hz). The output alternating voltages ua1, ua2, ua3 are preferably synchronized with the respective mains voltage uL1, uL2, uL3 in order to enable simple feeding into the power supply network 3. The output poles u, v, w are optionally provided with serial filter coils X and parallel filter capacitors C. The filter capacitors C are connected in star here, the star point being connected to the intermediate circuit center point M. The mode of operation of a polyphase inverter 1 in polyphase operation MB is well known, which is why it will not be discussed in more detail at this point.
Fig. 2 stellt eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wechselrichter 1 dar, wobei der erste Ausgangspol u mit dem zweiten Ausgangspol v über einen Phasenverbindungsschalter S1 verbunden ist. Natürlich kann stattdessen auch der zweite Ausgangspol v über den Phasenverbindungsschalter S1 mit dem dritten Ausgangspol w, oder der erste Ausgangspol u über den Phasenverbindungsschalter S1 mit dem dritten Ausgangspol w verbunden werden. Weiters ist eine Umschalteinheit 5 vorgesehen, welche den ausgestaltet ist den Phasenverbindungsschalter S1 für ein Umschalten in den Einphasenbetrieb EB zu schließen und vorzugsweise auch für ein Umschalten in den Mehrphasenbetrieb MB zu öffnen. Die Umschalteinheit 5 ist vorzugweise integraler Bestandteil der Steuereinheit 4. 2 shows a preferred embodiment of an inverter 1 according to the invention, the first output pole u being connected to the second output pole v via a phase connection switch S1. Of course, the second output terminal v can also be connected to the third output terminal w via the phase connection switch S1, or the first output terminal u can be connected to the third output terminal w via the phase connection switch S1. Furthermore, a switchover unit 5 is provided which is designed to close the phase connection switch S1 for switching to single-phase operation EB and preferably also to open it for switching to multi-phase operation MB. The switchover unit 5 is preferably an integral part of the control unit 4.
Im Mehrphasenbetrieb MB ist das Energieversorgungsnetz 3 mit den Ausgangspolen u, v, w verbunden, wie in Fig. 2 über die geschlossenen Netzschalter SN symbolisiert ist. Weiters ist der Phasenverbindungsschalter S1 geöffnet, womit der Wechselrichter 1 in bekannter Weise im Mehrphasenbetrieb MB betrieben werden kann. In multi-phase operation MB, the power supply network 3 is connected to the output poles u, v, w, as is symbolized in FIG. 2 via the closed network switch SN. Furthermore, the phase connection switch S1 is open, with which the inverter 1 can be operated in a known manner in multi-phase operation MB.
Ist ein Umschalten vom Mehrphasenbetrieb MB in den Einphasenbetrieb EB vorgesehen, so kann durch die Umschalteinheit 5 der Phasenverbindungsschalter S1 geschlossen und damit der erste und zweiten Ausgangspol u, v zu einem gemeinsamen Ausgangspol uv verbunden. Es kann aber auch lediglich der erste oder zweite Ausgangspol u, v im Einphasenbetrieb EB verwendet werden, wobei diese Ausgangspole u, v nicht zu einem gemeinsamen Ausgangspol uv verbunden werden. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wechselrichters 1 ist nicht in den Figuren dargestellt. If a switchover from multi-phase operation MB to single-phase operation EB is provided, the phase connection switch S1 can be closed by the switchover unit 5 and the first and second output poles u, v are thus connected to a common output pole uv. However, only the first or second output pole u, v can be used in single-phase operation EB, these output poles u, v not being connected to a common output pole uv. This embodiment of the inverter 1 according to the invention is not shown in the figures.
Im Einphasenbetrieb EB ist der Wechselrichter 1 vorzugsweise vom Energieversorgungsnetz 3 getrennt, wie in Fig. 3 durch die genöffneten Netzschalter SN symbolisiert ist. Es ist in Fig. In single-phase operation EB, the inverter 1 is preferably separated from the power supply network 3, as is symbolized in FIG. 3 by the open network switch SN. It is shown in Fig.
3 weiters eine Last Z zwischen dem gemeinsamen Ausgangspol uv und dem Zwischenkreis- Mittelpunkt M strichliert eingezeichnet. Wird lediglich der erste oder zweite Ausgangspol u, v im Einphasenbetrieb EB verwendet, so ist die Last Z zwischen dem ersten Ausgangspol u und dem Zwischenkreis-Mittelpunkt M oder dem zweiten Ausgangspol v und Zwischenkreis- Mittelpunkt M vorgesehen. Dabei können die Leistungsschalter SU 1+, SV1+, SU1-, SV1- des ersten oder zweiten Phasenzweigs U, V weiterhin wie im Mehrphasenbetrieb MB angesteuert werden, um wie im Mehrphasenbetrieb MB eine (nun lediglich einphasige) Ausgangswechselspannung ua1, ua2 zwischen dem ersten Ausgangspol u und dem Zwischenkreis-Mittelpunkt M oder dem zweiten Ausgangspol v und Zwischenkreis- Mittelpunkt M vorgesehen, d.h. an der Last Z, auszugeben. Es wird also hier lediglich einer der Phasenzweige U, V zur Ausgabe der einphasigen Ausgangswechselspannung betrieben.3 further shows a load Z between the common output pole uv and the intermediate circuit center point M with dashed lines. If only the first or second output pole u, v is used in single-phase operation EB, then the load Z between the first output pole u and the intermediate circuit center point M or the second output pole v and the intermediate circuit Center M provided. The circuit breakers SU 1+, SV1 +, SU1-, SV1- of the first or second phase branch U, V can still be controlled as in multi-phase operation MB in order to provide an (now only single-phase) AC output voltage ua1, ua2 between the first output pole, as in multi-phase operation MB u and the intermediate circuit center point M or the second output pole v and intermediate circuit center point M are provided, ie at the load Z to be output. Only one of the phase branches U, V is operated here for outputting the single-phase AC output voltage.
Ist jedoch, wie in den Figuren dargestellt, ein gemeinsamer Ausgangspol uv vorgesehen, so erwirkt die Umschalteinheit 5 im Einphasenbetrieb EB eine Ansteuerung der Leistungsschalter SU1+, SV1+, SU1-, SV1- des ersten und zweiten Phasenzweigs U, V zur Ausgabe einer einphasigen Ausgangsspannung u12 zwischen dem gemeinsamen Ausgangspol uv und dem Zwischenkreismittelpunkt M, d.h. an der Last Z. Dieses Erwirken der Ansteuerung der Leistungsschalter SU1+, SV1+, SU1-, SV1- des ersten und zweiten Phasenzweigs U, V zur Ausgabe einer einphasigen Ausgangsspannung u12 kann beispielsweise erfolgen, indem die Umschalteinheit 5 die Ansteuerung der betreffenden Leistungsschalter SU1+, SV1+, SU1-, SV1- selbst übernimmt oder indem die Umschalteinheit 5 die Steuereinheit 4 zu einer entsprechenden Ansteuerung der betreffenden Leistungsschalter SU1+, SV1+, SU1-, SV1- anweist, wie in Fig 3 durch den Verbindungspfeil zwischen der Umschalteinheit 5 und der Steuereinheit 4 angedeutet ist.If, however, as shown in the figures, a common output pole uv is provided, the switching unit 5 in single-phase operation EB controls the power switches SU1 +, SV1 +, SU1-, SV1- of the first and second phase branches U, V to output a single-phase output voltage u12 between the common output pole uv and the intermediate circuit center M, ie at the load Z. This effecting of the control of the power switches SU1 +, SV1 +, SU1-, SV1- of the first and second phase arms U, V for outputting a single-phase output voltage u12 can be done, for example, by the switching unit 5 takes over the control of the relevant power switches SU1 +, SV1 +, SU1-, SV1- itself or by the switching unit 5 instructs the control unit 4 to correspondingly control the relevant power switches SU1 +, SV1 +, SU1-, SV1-, as shown in FIG the connecting arrow between the switchover unit 5 and the control unit 4 is indicated.
Sind ein gemeinsamer Ausgangspol uv und eine entsprechende Ausgangsspannung u12 vorgesehen, so wird der Wechselrichter 1 vorzugsweise vom Einphasenbetrieb EB in den Mehrphasenbetrieb MB geschaltet, indem der Phasenverbindungsschalter S1 vorzugsweise wieder von der Umschalteinheit 5 geöffnet wird, um den ersten Ausgangspol u und zweiten Ausgangspol v zu trennen. If a common output terminal uv and a corresponding output voltage u12 are provided, the inverter 1 is preferably switched from single-phase operation EB to multi-phase operation MB by opening the phase connection switch S1 again, preferably by the switching unit 5, in order to close the first output terminal u and the second output terminal v separate.
Weiters kann die Umschalteinheit 5 beim Umschalten vom Einphasenbetrieb EB in den Mehrphasenbetrieb MB eine Ansteuerung der Leistungsschalter SU1+, SV1+, SU1-, SV1- der zumindest drei Phasenzweige U, V, W zum Ausgeben der zumindest drei Ausgangswechselspannungen ua1 , ua2, ua3 am jeweiligen Ausgangspol u, v, w erwirken. Dies kann erfolgen, indem die Umschalteinheit 5 die Steuereinheit 4 zu einer entsprechenden Ansteuerung der betreffenden Leistungsschalter SU1+, SV1+, SU1-, SV1- anweist, wie in Fig. 3 durch den verbindenden Pfeil angedeutet. Furthermore, when switching from single-phase operation EB to multi-phase operation MB, the switching unit 5 can control the power switches SU1 +, SV1 +, SU1-, SV1- of the at least three phase branches U, V, W to output the at least three output AC voltages ua1, ua2, ua3 at the respective output pole u, v, w bring about. This can be done by the switching unit 5 instructing the control unit 4 to correspondingly control the relevant power switches SU1 +, SV1 +, SU1-, SV1-, as indicated in FIG. 3 by the connecting arrow.
Um insbesondere bei unregelmäßigen Belastungen der oberen und unteren Halbwellen der einphasigen Ausgangsspannung u12 die Zwischenkreisspannungen UC1 , UC2 am ersten und zweiten Zwischenkreiskondensator C1, C2 zu symmetrieren, kann auch eine Symmetriereinheit 6 vorgesehen sein (in Fig. 3 aus Platzgründen nicht dargestellt). Die Symmetriereinheit 6 ist mit dem ersten und zweiten Eingangspol A, B, sowie mit dem Zwischenkreis-Mittelpunkt M verbunden. Eine mögliche Ausgestaltung einer Symmetriereinheit 6 ist in Fig. 7 dargestellt und umfasst einen oberen Symmetrierschalter SS1 und einen unteren Symmetrierschalter SS2, welche in Serie geschaltet sind und den ersten und zweiten Eingangspol verbinden. Der Verbindungspunkt zwischen dem oberen Symmetrierschalter SS1 und einen unteren Symmetrierschalter SS2 ist direkt oder über eine Symmetrierdrossel L mit dem Zwischenkreis-Mittelpunkt M verbunden. Der obere Symmetrierschalter SS1 und untere Symmetrierschalter SS2 werden von einer Symmetriersteuerung, welche integraler Bestandteil der Steuereinheit 4 sein kann, derart gesteuert, dass die Zwischenkreisspannungen UC1, UC2 am ersten und zweiten Zwischenkreiskondensator C1, C2 symmetriert werden. In order to symmetrize the intermediate circuit voltages UC1, UC2 at the first and second intermediate circuit capacitors C1, C2, especially in the case of irregular loads on the upper and lower half-waves of the single-phase output voltage u12, a symmetrizing unit 6 can also be provided (not shown in FIG. 3 for reasons of space). The balancing unit 6 is with the first and second input poles A, B, and with the Intermediate circuit center point M connected. One possible embodiment of a balancing unit 6 is shown in FIG. 7 and comprises an upper balancing switch SS1 and a lower balancing switch SS2, which are connected in series and connect the first and second input poles. The connection point between the upper balancing switch SS1 and a lower balancing switch SS2 is connected to the intermediate circuit center point M directly or via a balancing throttle L. The upper balancing switch SS1 and lower balancing switch SS2 are controlled by a balancing controller, which can be an integral part of the control unit 4, in such a way that the intermediate circuit voltages UC1, UC2 are balanced on the first and second intermediate circuit capacitors C1, C2.
Erfindungsgemäß ist jedoch zwischen dem Zwischenkreis-Mittelpunkt M und einem Ausgangspol, welcher nicht über den Phasenverbindungsschalter S1 mit einem weiteren Ausgangspol verbunden ist, also hier dem dritten Ausgangspol w, ein Mittelpunkverbindungsschalter S2 vorgesehen ist, wie es ebenso in Fig. 3 dargestellt ist. Die Umschalteinheit 5 ist ausgestaltet beim Umschalten vom Mehrphasenbetrieb MB in den Einphasenbetrieb E den Mittelpunkverbindungsschalter S2 zu schließen und vorzugsweise auch beim Umschalten vom Einphasenbetrieb EB in den Mehrphasenbetrieb MB den Mittelpunkverbindungsschalter S2 zu öffnen. Damit ist keine zusätzliche Symmetriereinheit 6 erforderlich. According to the invention, however, a center connection switch S2 is provided between the intermediate circuit center M and an output pole which is not connected to a further output pole via the phase connection switch S1, i.e. here the third output pole w, as is also shown in FIG. 3. The switching unit 5 is designed to close the center connection switch S2 when switching from multi-phase operation MB to single-phase operation E and preferably also to open the center connection switch S2 when switching from single-phase operation EB to multi-phase operation MB. No additional balancing unit 6 is therefore required.
Ist kein Phasenverbindungsschalter S1 vorgesehen, so wird im Einphasenbetrieb EB, wie erwähnt, einer der Ausgangspole (z,B. der erste Ausgangspol u) für die Ausgabe der einphasigen Ausgangswechselspannung ua1 verwendet. Somit wird einer der Ausgangspole, die nicht hierfür verwendet werden (also z.B. der zweite oder dritte Ausgangspol v, w, wenn der erste Ausgangspol u für die Ausgabe der einphasigen Ausgangswechselspannung ua1 verwendet wird) beim Umschalten vom Mehrphasenbetrieb MB in den Einphasenbetrieb E über einen Mittelpunkverbindungsschalter S2 mit dem Zwischenkreis-Mittelpunkt M verbunden und vorzugsweise auch beim Umschalten vom Einphasenbetrieb EB in den Mehrphasenbetrieb MB über den Mittelpunkverbindungsschalter S2 geöffnet um besagten Ausgangspol (z.B. erster oder zweiter Ausgangspol v, w) wieder vom Zwischenkreis-Mittelpunkt M zu trennen. If no phase connection switch S1 is provided, then in single-phase operation EB, as mentioned, one of the output poles (e.g. the first output pole u) is used to output the single-phase AC output voltage ua1. Thus, one of the output poles that are not used for this (e.g. the second or third output pole v, w, if the first output pole u is used for the output of the single-phase AC output voltage ua1) is activated when switching from multi-phase operation MB to single-phase operation E via a center connection switch S2 connected to the intermediate circuit center point M and preferably also opened when switching from single-phase operation EB to multi-phase operation MB via the center connection switch S2 in order to separate said output pole (e.g. first or second output pole v, w) from the intermediate circuit center point M again.
Ist im Einphasenbetrieb EB der dritten Ausgangspol w mit dem Zwischenkreis-Mittelpunkt M verbunden, so kann die Umschalteinheit 5 eine Ansteuerung der Leistungsschalter SW1+, SW1-, SW2+, SW2- des dritten Phasenzweigs Wzur Symmetrierung der Zwischenkreisspannungen UC1, UC2 am ersten und zweiten Zwischenkreiskondensator C1, C2 erwirken. Dies kann erfolgen, indem die Umschalteinheit 5 die Steuereinheit 4 zu einer Ansteuerung der betreffenden Leistungsschalter SW1+, SW1-, SW2+, SW2- anweist, welche der Symmetrierung der Zwischenkreisspannungen UC1, UC2 am ersten und zweiten Zwischenkreiskondensator C1, C2 dient. If the third output pole w is connected to the intermediate circuit midpoint M in single-phase operation EB, the switching unit 5 can control the power switches SW1 +, SW1-, SW2 +, SW2- of the third phase branch W for balancing the intermediate circuit voltages UC1, UC2 on the first and second intermediate circuit capacitor C1 , C2. This can be done by the switching unit 5 instructing the control unit 4 to control the relevant power switches SW1 +, SW1-, SW2 +, SW2- which serves to balance the intermediate circuit voltages UC1, UC2 on the first and second intermediate circuit capacitors C1, C2.
Über eine Halbwelle hinweg wird von der Steuerungseinheit 4 der Tastgrad des taktenden Schalterpaars so gewählt, dass die gewünschte Ausgangsspannung u1 ausgegeben wird und vorzugsweise der ersten Netzspannung uL1 folgt. Fig. 5a stellt die Ansteuerung der Leistungsschalter des ersten Phasenzweigs U im Mehrphasenbetrieb MB dar. Im obersten Graphen der Fig. 5a ist die Ansteuerung des ersten oberen Leistungsschalters SU1+, und im zweiten Graphen der Fig. 5a die Ansteuerung des zweiten Leistungsschalters SU2+ dargestellt, wobei im Graphen darunter die Ansteuerung des ersten unteren Leistungsschalters SU1- und im untersten Graphen die Ansteuerung des zweiten unteren Leistungsschalters SU2- dargestellt ist. Der erste Graph von Fig. 5b zeigt die erste Ausgangsspannung u1 am ersten Ausgangspol u, und der zweite Graph von Fig. 5b den am ersten Ausgangspol ausgegebenen Ausgangsstrom ia1. Die Steuereinheit 4 schaltet für die obere Halbwelle der Ausgangsspannung u1 des Phasenzweigs U den ersten oberen Leistungsschalter SU1+ (der oberen Halbbrücke) gegengleich zum ersten unteren Leistungsschalter SU1- (der unteren Halbbrücke) mit einer fest vorgegebenen oder variablen Taktfrequenz. Dabei wird während der oberen Halbwelle der Tastgrad des ersten oberen Leistungsschalters SU1+ von annähernd 0% auf annähernd 100% und wieder auf annähernd 0% verändert, wobei der Tastgrad des ersten unteren Leistungsschalters SU1- von annähernd 100% auf annähernd 0% und wieder auf annähernd 100% verändert. Während der oberen Halbwelle ist der zweite obere Leistungsschalter SU2+ geschlossen und der zweite untere Leistungsschalter SU2- geöffnet. The control unit 4 selects the duty cycle of the pulsing switch pair over a half-cycle in such a way that the desired output voltage u1 is output and preferably follows the first mains voltage uL1. FIG. 5a shows the control of the circuit breakers of the first phase branch U in multi-phase operation MB. The topmost graph in FIG the graph below shows the control of the first lower power switch SU1- and the bottom graph shows the control of the second lower power switch SU2-. The first graph of FIG. 5b shows the first output voltage u1 at the first output terminal u, and the second graph of FIG. 5b shows the output current ia1 output at the first output terminal. The control unit 4 switches the first upper power switch SU1 + (of the upper half-bridge) for the upper half-wave of the output voltage u1 of the phase branch U, opposite to the first lower power switch SU1- (the lower half-bridge) with a fixed or variable clock frequency. During the upper half-wave, the duty cycle of the first upper circuit breaker SU1 + is changed from approximately 0% to approximately 100% and again to approximately 0%, with the duty cycle of the first lower circuit breaker SU1- from approximately 100% to approximately 0% and again to approximately 100% changed. During the upper half-wave, the second upper power switch SU2 + is closed and the second lower power switch SU2- is open.
Für die untere Halbwelle schaltet der erste untere Leistungsschalter SU2+ (der oberen Halbbrücke) gegengleich mit dem zweiten unteren Leistungsschalter SU2- (der unteren Halbbrücke) mit einer fest vorgegebenen oder variablen Taktfrequenz. Dabei wird während der unteren Halbwelle der Tastgrad des zweiten oberen Leistungsschalters SU2+ von annähernd 100% auf annähernd 0% und wieder auf annähernd 100% verändert, wobei der Tastgrad des zweiten unteren Leistungsschalters SU2- von annähernd 0% auf annähernd 100% und wieder auf annähernd 0% verändert wird. Dabei ist während der unteren Halbwelle der erste untere Leistungsschalter SU1- (der unteren Halbbrücke) geschlossen und der erste obere Leistungsschalter SU1+ (der oberen Halbbrücke) geöffnet. For the lower half-wave, the first lower power switch SU2 + (of the upper half-bridge) switches in the opposite direction to the second lower power switch SU2- (the lower half-bridge) with a fixed or variable clock frequency. During the lower half-wave, the duty cycle of the second upper circuit breaker SU2 + is changed from approximately 100% to approximately 0% and again to approximately 100%, with the duty cycle of the second lower circuit breaker SU2- from approximately 0% to approximately 100% and again to approximately 0% is changed. The first lower power switch SU1- (the lower half bridge) is closed and the first upper power switch SU1 + (the upper half bridge) is open during the lower half-wave.
Die Leistungsschalter SV1+, SV1-, SV2+, SV2-, SW1+, SW1-, SW2+, SW2- des zweiten und dritten Phasenzweigs V, W werden im Mehrphasenbetrieb MB gleichermaßen angesteuert, wobei üblicherweise eine 120° Phasenverschiebung zwischen den jeweiligen Ausgangsspannungen u1, u2, u3 vorgesehen ist. Natürlich muss die Ansteuerung der Leistungsschalter SU 1+, SU1-, SU2+, SU2-, SV1+, SV1-, SV2+, SV2-, SW1+, SW1-, SW2+, SW2- der jeweiligen Phasenzweige (abgesehen von einer Phasenverschiebung) nicht exakt erfolgen. Es kann insbesondere bei Vorhandensein einer asymmetrischen Netzspannung uL1, uL2, uL3 die Steuerung der Leistungsschalter SU 1+, SU1-, SU2+, SU2-, SV1+, SV1-, SV2+, SV2-, SW1+, SW1-, SW2+, SW2- der jeweiligen Phasenzweige durch die Steuereinheit 4 leicht abweichen. The power switches SV1 +, SV1-, SV2 +, SV2-, SW1 +, SW1-, SW2 +, SW2- of the second and third phase arms V, W are controlled in the same way in multi-phase operation MB, whereby usually a 120 ° phase shift between the respective output voltages u1, u2, u3 is provided. Of course, the control of the circuit breakers SU 1+, SU1-, SU2 +, SU2-, SV1 +, SV1-, SV2 +, SV2-, SW1 +, SW1-, SW2 +, SW2- of the respective phase branches (apart from a phase shift) does not have to be exact take place. The control of the power switches SU 1+, SU1-, SU2 +, SU2-, SV1 +, SV1-, SV2 +, SV2-, SW1 +, SW1-, SW2 +, SW2- of the respective Phase branches differ slightly through the control unit 4.
Wird nur im Einphasenbetrieb EB ein Ausgangspol, z.B. der erste oder zweite Ausgangspol u, v) zur Ausgabe der einphasigen Ausgangswechselspannung verwendet, dann werden die Leistungsschalter des zugehörigen Phasenzweigs (SU1+, SU1-, SU2+, SU2- bei Verwendung des ersten Ausgangspols U oder SV1+, SV1-, SV2+, SV2- bei Verwendung des zweiten Ausgangspols V) vorzugsweise wie im Mehrphasenbetrieb MB angesteuert. If an output pole is only used in single-phase operation EB, e.g. the first or second output pole u, v) to output the single-phase output AC voltage, the circuit breakers of the associated phase branch (SU1 +, SU1-, SU2 +, SU2- when using the first output pole U or SV1 + , SV1-, SV2 +, SV2- when using the second output terminal V), preferably controlled as in multi-phase operation MB.
Sind im Einphasenbetrieb EB der erste und zweite Ausgangspol u, v zu einem gemeinsamen Ausgangspol uv verbunden, so werden die Leistungsschalter der ersten und zweiten Phasenzweige SU1+, SU1-, SU2+, SU2-, SV1+, SV1-, SV2+, SV2- ebenso vorzugsweise wie im Mehrphasenbetrieb MB angesteuert. Vorzugsweise ist jedoch keine Phasenverschiebung vorgesehen. Ist ein gemeinsamer Ausgangspol uv vorgesehen, so kann die doppelte Leistung an die Last Z abgegeben werden. If the first and second output pole u, v are connected to a common output pole uv in single-phase operation EB, the circuit breakers of the first and second phase branches SU1 +, SU1-, SU2 +, SU2-, SV1 +, SV1-, SV2 +, SV2- are just as preferred as MB controlled in multi-phase operation. Preferably, however, no phase shift is provided. If a common output pole uv is provided, then twice the power can be delivered to the load Z.
Es ist auch vorstellbar, dass im Einphasenbetrieb EB der gemeinsame Ausgangspol uv ebenso mit dem dritten Ausgangspol verbunden ist und somit auch die Leistungsschalter des dritten Phasenzweigs SW1+, SW1-, SW2+, SW2- grundlegend wie im Mehrphasenbetrieb MB angesteuert werden (nicht dargestellt). Vorzugsweise ist dann keine Phasenverschiebung zwischen den an den Ausgangspolen u, v, w erzeugten Ausgangswechselspannungen vorgesehen, womit an einem gemeinsamen dreifachen Ausgangspol uvw die dreifache Leistung an die Last Z abgegeben werden kann. Werden alle Phasenzweige U, V, Wfür die Ausgabe der einphasigen Ausgangswechselspannung verwendet, bleibt jedoch kein Phasenzweig für eine Symmetrierung frei. Somit kann eine Symmetrierung anhand einer externen Symmetriereinheit 6 erfolgen. It is also conceivable that in single-phase operation EB the common output pole uv is also connected to the third output pole and thus the circuit breakers of the third phase branch SW1 +, SW1-, SW2 +, SW2- are basically controlled as in multi-phase operation MB (not shown). There is then preferably no phase shift between the output AC voltages generated at the output poles u, v, w, so that three times the power can be delivered to the load Z at a common triple output pole uvw. If all phase branches U, V, W are used for the output of the single-phase AC output voltage, however, no phase branch remains free for balancing. Balancing can thus take place on the basis of an external balancing unit 6.
Es kann im Einphasenbetrieb EB bei Verwendung des ersten oder zweiten aber auch bei Verwendung eines gemeinsamen Ausgangspols uv, wie erwähnt, der Fall eintreten, dass die Zwischenkreisspannungen UC1, UC2 an den Zwischenkreiskondensatoren C1, C2 nicht übereinstimmen. Um einen Symmetrierstrom durch den dritten Ausgangspol w, welcher dieser Asymmetrie entgegenwirkt zu erzeugen, kann im Einphasenbetrieb EB eine Symmetriereinheit 6 verwendet, werden, wie oben ausgeführt. Sind nicht alle Ausgangspole u, v, w, zu einem gemeinsamen Ausgangspol uvw verbunden, sondern bleibt zumindest ein Ausgangspol frei (hier bleibt der dritte Ausgangspol w frei, da der erste und zweite Ausgangspol u, v zu einem gemeinsamen Ausgangspol uv verbunden sind), so kann im Einphasenbetrieb EB der freie (hier der dritte Ausgangspol w) durch die Umschalteinheit 5 über den Mittelpunktverbindungsschalter S2 mit dem Zwischenkreis-Mittelpunkt M verbunden sein. Damit kann eine Symmetrierung der Zwischenkreisspannungen UC1, UC2 an den Zwischenkreiskondensatoren C1, C2 über eine geeignete Taktung der Leistungsschalter SW1+, SW1-, SW2+, SW2- des dritten Phasenzweigs erfolgen. In single-phase operation EB when using the first or second but also when using a common output terminal uv, as mentioned, the case may arise that the intermediate circuit voltages UC1, UC2 at the intermediate circuit capacitors C1, C2 do not match. In order to generate a balancing current through the third output pole w, which counteracts this asymmetry, a balancing unit 6 can be used in single-phase operation EB, as explained above. If not all output poles u, v, w, are connected to a common output pole uvw, but at least one output pole remains free (here the third output pole w remains free because the first and second output pole u, v are connected to a common output pole uv), so in single-phase operation EB the free (here the third output pole w) can be connected to the intermediate circuit center M through the switching unit 5 via the midpoint connection switch S2 be connected. In this way, the intermediate circuit voltages UC1, UC2 at the intermediate circuit capacitors C1, C2 can be balanced by suitable timing of the power switches SW1 +, SW1-, SW2 +, SW2- of the third phase branch.
Ein beispielhaftes Pulsmuster der Leistungsschalter SW1+, SW2+, SW1-, SW2- des dritten Phasenzweigs W zur Symmetrierung der Zwischenkreisspannungen UC1, UC2 ist in Fig. 6 dargestellt. Es wird somit am dritten Ausgangspol w eine Symmetrierspannung uaM erzeugt wird, welche bei asymmetrischen Zwischenkreisspannungen UC1, UC2 einen Symmetrierstrom iaM hervorruft, welcher gegen diese Asymmetrie der Zwischenkreisspannungen UC1, UC2 wirkt und diese ausgleicht. Um diesen Ausgleich zu erreichen, sind der erste obere Leistungsschalter SW1+ und der erste untere Leistungsschalter SW1- gegengleich getaktet und zudem der zweite obere Leistungsschalter SW2+, und der zweite untere Leistungsschalter SW2- gegengleich getaktet. An exemplary pulse pattern of the power switches SW1 +, SW2 +, SW1-, SW2- of the third phase branch W for balancing the intermediate circuit voltages UC1, UC2 is shown in FIG. A balancing voltage uaM is thus generated at the third output pole w which, in the case of asymmetrical intermediate circuit voltages UC1, UC2, produces a balancing current iaM which counteracts this asymmetry of the intermediate circuit voltages UC1, UC2 and compensates for it. In order to achieve this compensation, the first upper power switch SW1 + and the first lower power switch SW1- are clocked in opposite directions and, in addition, the second upper circuit breaker SW2 + and the second lower circuit breaker SW2- are clocked in opposite directions.
Die Symmetrierspannung uaM wechselt zwischen einer positiven und negativen Phase, welche vorzugsweise gleich lang ausgeführt sind. Es liegt eine positive Phase der Symmetrierspannung uaM vor, wenn sind der erste und zweite obere Leistungsschalter SW1+, SW2+ geschlossen und der erste und zweite untere Leistungsschalter SW1-, SW2- geöffnet sind. In der positiven Phase entspricht die Symmetrierspannung uaM der oberen Zwischenkreisspannung UC1. Es liegt eine negative Phase der Symmetrierspannung uaM vor, wenn der erste und zweite untere Leistungsschalter SW1-, SW2- geschlossen und der erste und zweite obere Leistungsschalter SW1+, SW2+- geöffnet sind. In der negativen Phase entspricht die Symmetrierspannung uaM der negativen unteren Zwischenkreisspannung UC2. The balancing voltage uaM alternates between a positive and negative phase, which are preferably designed to be of equal length. There is a positive phase of the balancing voltage uaM when the first and second upper power switch SW1 +, SW2 + are closed and the first and second lower power switch SW1-, SW2- are open. In the positive phase, the balancing voltage uaM corresponds to the upper intermediate circuit voltage UC1. There is a negative phase of the balancing voltage uaM when the first and second lower power switches SW1-, SW2- are closed and the first and second upper power switches SW1 +, SW2 + - are open. In the negative phase, the balancing voltage uaM corresponds to the negative lower intermediate circuit voltage UC2.
Sind die Zwischenkreisspannungen UC1, UC2 und damit auch die positiven und negativen Phasen der Symmetrierspannung uaM zueinander symmetrisch, so weist der Symmetrierstrom iaM einen Mittelwert von null auf, wie in Fig. 6 dargestellt. Sind jedoch die Zwischenkreisspannungen UC1, UC2 und damit auch die positiven und negativen Phasen der Symmetrierspannung uaM, z.B. aufgrund einer asymmetrischen Last Z, asymmetrisch, so verschiebt sich die Kurve des Symmetrierstroms iaM derart, dass sein Mittelwert je nach Asymmetrie der Zwischenkreisspannungen UC1 , UC2 positiv oder negativ wird, womit die Zwischenkreisspannungen UC1, UC2 durch den gelieferten Symmetrierstrom iaM wiederum symmetriert, d.h. ausgeglichen werden. Der Symmetrierstrom iaM bewirkt also einen Leistungsfluss vom Zwischenkreiskondensator C1, C2 mit geringerer Zwischenkreisspannung UC1, UC2 zum Zwischenkreiskondensator C1, C2 mit höherer Zwischenkreisspannung UC1, UC2. Während diesem Ausgleich verschiebt sich der Symmetrierstrom iaM wieder derart, dass sein Mittelwert geringer wird - bis die Zwischenkreisspannungen UC1, UC2 und damit auch die positiven und negativen Phasen der Symmetrierspannung uaM wieder symmetrisch und somit der Symmetrierstrom iaM null ist. If the intermediate circuit voltages UC1, UC2 and thus also the positive and negative phases of the balancing voltage uaM are symmetrical to one another, the balancing current iaM has a mean value of zero, as shown in FIG. However, if the intermediate circuit voltages UC1, UC2 and thus also the positive and negative phases of the balancing voltage uaM, e.g. due to an asymmetrical load Z, are asymmetrical, the curve of the balancing current iaM shifts in such a way that its mean value is positive depending on the asymmetry of the intermediate circuit voltages UC1, UC2 or becomes negative, whereby the intermediate circuit voltages UC1, UC2 are again symmetrized, ie compensated, by the symmetrizing current iaM supplied. The balancing current iaM thus causes a power flow from the intermediate circuit capacitor C1, C2 with a lower intermediate circuit voltage UC1, UC2 to the intermediate circuit capacitor C1, C2 with a higher intermediate circuit voltage UC1, UC2. During this equalization, the balancing current iaM shifts again in such a way that its mean value becomes lower - until the intermediate circuit voltages UC1, UC2 and thus also the positive and negative phases the balancing voltage uaM is again symmetrical and thus the balancing current iaM is zero.
Vorteilhafterweise findet kein direkter Wechsel von einer positiven Phase der Symmetrierspannung uaM auf eine negative Phase der Symmetrierspannung uaM und umgekehrt statt. Damit kann verhindert werden, dass die Leistungsschalter SW1+, SW2+, SW1-, SW2- unzulässige Schaltzustände, welche zu Schäden am Wechselrichter 1 führen können, einnehmen. Das bedeutet, dass beim Schalten von der positiven Phase der Symmetrierspannung uaM (in der Höhe der Zwischenkreisspannung UC1) auf die negative Phase der Symmetrierspannung uaM (in der Höhe der negativen Zwischenkreisspannung UC2) die Symmetrierspannung uaM eine gewisse Verzögerungszeit auf null verharrt (Nullphase). Es sind also erst der erste und zweite obere Leistungsschalter SW1+, SW2+ geschlossen und der erste und zweite untere Leistungsschalter SW1-, SW2- geöffnet (positive Phase der Symmetrierspannung uaM). Danach wird die Symmetrierspannung uaM während der Verzögerungszeit auf null gehalten (Nullphase der Symmetrierspannung uaM), indem der zweite obere Leistungsschalter SW2+ und der erste untere Leistungsschalter SW1- geschlossen und der erste obere Leistungsschalter SW1+ und der zweite untere Leistungsschalter SW1- geöffnet werden. Nach Ablauf der Verzögerungszeit werden der erste und zweite untere Leistungsschalter SW1-, SW2- geschlossen und der erste und zweite obere Leistungsschalter SW1+, SW2+- geöffnet (negative Phase der Symmetrierspannung uaM). Analog wird jeweils von der negativen Phase der Symmetrierspannung uaM über eine Nullphase in die positive Phase der Symmetrierspannung uaM geschaltet, wobei für diese Nullphase vorteilhafterweise dieselbe Verzögerungszeit wie für die Nullphase beim Schalten von der positiven Phase in die negative Phase vorgesehen ist. Durch geeignet gewählte Nullphasen kann im Ruhebetrieb, d.h. wenn die Zwischenkreisspannungen UC1, UC2 symmetrisch sind, ein Rippelstrom durch die Filterspule L des dritten Phasenzweigs W reduziert werden. Advantageously, there is no direct change from a positive phase of the balancing voltage uaM to a negative phase of the balancing voltage uaM and vice versa. This can prevent the power switches SW1 +, SW2 +, SW1-, SW2- from assuming impermissible switching states, which can lead to damage to the inverter 1. This means that when switching from the positive phase of the balancing voltage uaM (at the level of the DC link voltage UC1) to the negative phase of the balancing voltage uaM (at the level of the negative DC link voltage UC2), the balancing voltage uaM remains at zero for a certain delay time (zero phase). So only the first and second upper power switch SW1 +, SW2 + are closed and the first and second lower power switch SW1-, SW2- are open (positive phase of the balancing voltage uaM). Thereafter, the balancing voltage uaM is kept at zero during the delay time (zero phase of the balancing voltage uaM) by closing the second upper power switch SW2 + and the first lower power switch SW1- and opening the first upper power switch SW1 + and the second lower power switch SW1-. After the delay time has elapsed, the first and second lower power switches SW1-, SW2- are closed and the first and second upper power switches SW1 +, SW2 + - are opened (negative phase of the balancing voltage uaM). Similarly, switching from the negative phase of the balancing voltage uaM via a zero phase to the positive phase of the balancing voltage uaM, the same delay time advantageously being provided for this zero phase as for the zero phase when switching from the positive phase to the negative phase. A ripple current through the filter coil L of the third phase branch W can be reduced in idle mode, i.e. when the intermediate circuit voltages UC1, UC2 are symmetrical, by suitably selected neutral phases.
Um weiter zu verhindern, dass unzulässige Schaltzustände oder Übergänge von Schaltzuständen der Leistungsschalter SW1+, SW2+, SW1-, SW2- auftreten, welche zu Schäden am Wechselrichter 1 führen könnten, kann ausgehend von der Nullphase (erster unterer Leistungsschalter SW1- und zweiter oberer Leistungsschalter SW2+ geschlossen, zweiter unterer Leistungsschalter SW2- und erster oberer Leistungsschalter SW1+ geöffnet) bei einem Übergang zur positiven Phase (erste und zweite obere Leistungsschalter SW1+, SW2+ geschlossen und der erste und zweite untere Leistungsschalter SW1-, SW2- geöffnet) erst der erste untere Leistungsschalter SW1- geöffnet werden und daraufhin der erste obere Leistungsschalter SW1+ erst nach einer Totzeit geschlossen werden. Gleichermaßen kann ausgehend von der positiven Phase in die Nullphase erst der erste obere Leistungsschalter SW1+ geöffnet und der erste untere Leistungsschalter SW1- erst nach einer Totzeit geschlossen werden. In order to further prevent inadmissible switching states or transitions from switching states of the power switches SW1 +, SW2 +, SW1-, SW2- from occurring, which could lead to damage to the inverter 1, starting from the zero phase (first lower power switch SW1- and second upper power switch SW2 + closed, second lower power switch SW2- and first upper power switch SW1 + open) in the event of a transition to the positive phase (first and second upper power switch SW1 +, SW2 + closed and first and second lower power switch SW1-, SW2- open) the first lower power switch SW1 - are opened and then the first upper circuit breaker SW1 + are closed only after a dead time. Similarly, starting from the positive phase, only the first upper circuit breaker can move into the zero phase SW1 + opened and the first lower circuit breaker SW1- only closed after a dead time.
Ebenso kann ausgehend von der Nullphase (erster unterer Leistungsschalter SW1- und zweiter oberer Leistungsschalter SW2+ geschlossen, zweiter unterer Leistungsschalter SW2- und erster oberer Leistungsschalter SW1+ geöffnet) bei einem Übergang zur negativen Phase (erste und zweite untere Leistungsschalter SW1-, SW2- geschlossen und der erste und zweite obere Leistungsschalter SW1+, SW2+ geöffnet) erst der zweite obere Leistungsschalter SW2+ geöffnet werden und daraufhin der zweite untere Leistungsschalter SW2- erst nach einer Totzeit geschlossen werden. Gleichermaßen kann ausgehend von der negativen Phase in die Nullphase nach dem Öffnen des zweiten unteren Leistungsschalters SW2- der zweite obere Leistungsschalter SW2+ erst nach einer Totzeit wieder geschlossen werden. Die genannten Totzeiten sind aus Übersichtlichkeitsgründen in Fig. 6 nicht dargestellt. Likewise, starting from the zero phase (first lower power switch SW1- and second upper power switch SW2 + closed, second lower power switch SW2- and first upper power switch SW1 + open) during a transition to the negative phase (first and second lower power switch SW1-, SW2- closed and the first and second upper power switch SW1 +, SW2 + open) only the second upper power switch SW2 + are opened and then the second lower power switch SW2- are only closed after a dead time. Similarly, starting from the negative phase into the zero phase after opening the second lower circuit breaker SW2-, the second upper circuit breaker SW2 + can only be closed again after a dead time. The dead times mentioned are not shown in FIG. 6 for reasons of clarity.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Wechselrichter (1) mit einem ersten Eingangspol (A) und einem zweiten Eingangspol (B) und umfassend einen ersten Phasenzweig (U), mit einem oberen Leistungsschalter (SU1+) und einen zum oberen Leistungsschalter (SU1+) über einen ersten Ausgangspol (u) in Serie geschalteten unteren Leistungsschalter (SU1-), umfassend einen zweiten Phasenzweig (V), mit einem oberen Leistungsschalter (SV1+) und einen zum oberen Leistungsschalter (SV1+) über einen zweiten Ausgangspol (v) in Serie geschalteten zweiten unteren Leistungsschalter (SV1-), umfassend einen zwischen dem ersten Eingangspol (A) und dem zweiten Eingangspol (B) angeordneten Zwischenkreis (ZK), mit einen erstem Zwischenkreiskondensator (C1) und einen über einen Zwischenkreis-Mittelpunkt (M) mit dem ersten Zwischenkreiskondensator (C1) verbundenen zweiten Zwischenkreiskondensator (C2), und umfassend eine Umschalteinheit, welche ausgestaltet ist, den Wechselrichter (1) von einem Mehrphasenbetrieb (MB) in einen Einphasenbetreib (EB) zu schalten, um eine einphasige Ausgangs-Wechselspannung auszugeben, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (1) einen dritten Phasenzweig (V), mit einem oberen Leistungsschalter (SW1+) und einen zum oberen Leistungsschalter (SW1+) über einen dritten Ausgangspol (w) in Serie geschalteten unteren Leistungsschalter (SW1-) umfasst, und weiters eine Steuereinheit (4) umfasst, welche ausgestaltet ist, in einem Mehrphasenbetrieb (MB) jeweils den oberen Leistungsschalter (SU1+, SV1+, SW1+) und unteren Leistungsschalter (SU1-, SV1-, SW1-) der Phasenzweige (U, V, W) derart anzusteuern, dass eine zwischen dem ersten Eingangspol (A) und dem zweiten Eingangspol (B) anliegende Eingangs- Gleichspannung (Ue) in eine am jeweiligen Ausgangspol (u, v, w) anliegende Ausgangs- Wechselspannung (ua1 , ua2, ua3) gewandelt wird, dass zwischen dem dritten Ausgangspol (w) und dem Zwischenkreis-Mittelpunkt (M) ein Mittelpunkverbindungsschalter (S2) vorgesehen ist, wobei die Umschalteinheit (5) ausgestaltet ist im Einphasenbetrieb (EB) den Mittelpunkverbindungsschalter (S2) zu schließen, um den dritten Ausgangspol (w) mit dem Zwischenkreis-Mittelpunkt (M) zu verbinden, und dass die Umschalteinheit (5) ausgestaltet ist, im Einphasenbetrieb (EB) eine Ansteuerung des oberen und unteren Leistungsschalters (SW1+, SW1-) des dritten Phasenzweigs (W) zur Symmetrierung der Zwischenkreisspannungen (UC1, UC2) am ersten und zweiten Zwischenkreiskondensator (C1, C2) zu erwirken. 1. Inverter (1) with a first input pole (A) and a second input pole (B) and comprising a first phase branch (U), with an upper power switch (SU1 +) and one to the upper power switch (SU1 +) via a first output pole (u ) series-connected lower circuit breaker (SU1-), comprising a second phase branch (V), with an upper circuit breaker (SV1 +) and a second lower circuit breaker (SV1- connected in series to the upper circuit breaker (SV1 +) via a second output pole (v)) ), comprising an intermediate circuit (ZK) arranged between the first input pole (A) and the second input pole (B), with a first intermediate circuit capacitor (C1) and a second intermediate circuit capacitor (C1) connected to the first intermediate circuit capacitor (C1) via an intermediate circuit center point (M) Intermediate circuit capacitor (C2), and comprising a switchover unit which is designed to switch the inverter (1) from multi-phase operation (MB) to single-phase operation (EB) switch to output a single-phase output AC voltage, characterized in that the inverter (1) has a third phase branch (V), with an upper power switch (SW1 +) and one to the upper power switch (SW1 +) via a third output pole (w) in series switched lower power switch (SW1-), and further comprises a control unit (4) which is designed, in a multi-phase operation (MB), the upper power switch (SU1 +, SV1 +, SW1 +) and lower power switch (SU1-, SV1-, SW1 -) to control the phase branches (U, V, W) in such a way that an input DC voltage (Ue) applied between the first input pole (A) and the second input pole (B) changes to a voltage applied to the respective output pole (u, v, w) Output AC voltage (ua1, ua2, ua3) is converted so that a center connection switch (S2) is provided between the third output pole (w) and the intermediate circuit center point (M), the switching unit (5) being configured the central point connection switch (S2) is to be closed in single-phase operation (EB) in order to connect the third output pole (w) to the intermediate circuit center point (M), and that the switching unit (5) is designed to control the upper and lower power switch (SW1 +, SW1-) of the third phase branch (W) to balance the intermediate circuit voltages (UC1, UC2) on the first and second intermediate circuit capacitor (C1, C2).
2. Wechselrichter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinheit (5) ausgestaltet ist, im Einphasenbetrieb (EB) die Steuereinheit (4) zu einer Ansteuerung des oberen und unteren Leistungsschalters (SW1+, SW1-) des dritten Phasenzweigs (W) zur Symmetrierung der Zwischenkreisspannungen (UC1, UC2) am ersten und zweiten Zwischenkreiskondensator (C1, C2) anzuweisen. 2. Inverter (1) according to claim 1, characterized in that the switching unit (5) is designed, in single-phase operation (EB), the control unit (4) to control the upper and lower circuit breakers (SW1 +, SW1-) of the third phase branch ( W) for balancing the intermediate circuit voltages (UC1, UC2) on the first and second intermediate circuit capacitors (C1, C2).
3. Wechselrichter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinheit (5) ausgestaltet ist, beim Umschalten von Einphasenbetrieb (EB) in den Mehrphasenbetrieb (MB) eine Ansteuerung des jeweils oberen und jeweils unteren Leistungsschalters (SU1+, SV1+, SW1+, SU1-, SV1-, SW1-) der Phasenzweige (U, V, W) zum Ausgeben der Ausgangs-Wechselspannungen (ua1, ua2, ua3) am jeweiligen Ausgangspol (u, v, w) zu erwirken. 3. Inverter (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the switching unit (5) is designed to control the respective upper and lower circuit breakers (SU1 +, SV1 +) when switching from single-phase operation (EB) to multi-phase operation (MB) , SW1 +, SU1-, SV1-, SW1-) of the phase branches (U, V, W) for outputting the output alternating voltages (ua1, ua2, ua3) at the respective output pole (u, v, w).
4. Wechselrichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Phasenzweig (U) ein weiterer oberer Leistungsschalter (SU2+) über einen ersten oberen Mittelpunkt (MU+) mit dem oberen Leistungsschalter (SU1+) des ersten Phasenzweigs (U) verbunden ist und ein weiterer unterer Leistungsschalter (SU2-) über einen ersten unteren Mittelpunkt (MU-) mit dem unteren Leistungsschalter (SU1-) des ersten Phasenzweig (U) verbunden ist, dass im zweiten Phasenzweig (V) ein weiterer oberer Leistungsschalter (SV+) über einen zweiten oberen Mittelpunkt (MV+) mit dem oberen Leistungsschalter (SV1+) des zweiten Phasenzweigs (V) verbunden ist und ein weiterer unterer Leistungsschalter (SU2-) über einen zweiten unteren Mittelpunkt (MV-) mit dem unteren Leistungsschalter (SV1-) des zweiten Phasenzweig (V) verbunden ist, dass im dritten Phasenzweig (W) ein weiterer oberer Leistungsschalter (SW+) über einen dritten oberen Mittelpunkt (MW+) mit dem oberen Leistungsschalter (SW1+) des dritten Phasenzweigs (V) verbunden ist und ein weiterer unterer Leistungsschalter (SW2-) über einen dritten unteren Mittelpunkt (MW-) mit dem unteren Leistungsschalter (SW1-) des dritten Phasenzweig (W) verbunden ist, und dass im ersten, zweiten und dritten Phasenzweig (U, V, W) jeweils der erste, zweite und dritte obere Mittelpunkt (MU+, MV+, MW+) sowie der erste, zweite und dritte untere Mittelpunkt (MU-, MV-, MW-) mit dem Zwischenkreis-Mittelpunkt (M) verbunden sind. 4. Inverter (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the first phase branch (U) a further upper circuit breaker (SU2 +) via a first upper center point (MU +) with the upper circuit breaker (SU1 +) of the first phase branch ( U) is connected and another lower circuit breaker (SU2-) is connected via a first lower center point (MU-) to the lower circuit breaker (SU1-) of the first phase branch (U), that in the second phase branch (V) another upper circuit breaker (SV +) is connected to the upper circuit breaker (SV1 +) of the second phase branch (V) via a second upper center point (MV +) and a further lower circuit breaker (SU2-) is connected to the lower circuit breaker (SV1) via a second lower center point (MV-) -) of the second phase branch (V) is connected, that in the third phase branch (W) another upper circuit breaker (SW +) is connected to the upper circuit breaker (SW1 +) via a third upper center point (MW +) of the third phase branch (V) is connected and a further lower power switch (SW2-) is connected via a third lower midpoint (MW-) to the lower power switch (SW1-) of the third phase branch (W), and that in the first, second and third phase branch (U, V, W) the first, second and third upper midpoint (MU +, MV +, MW +) as well as the first, second and third lower midpoint (MU-, MV-, MW-) with the intermediate circuit midpoint ( M) are connected.
5. Wechselrichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinheit (5) ausgestaltet ist, im Einphasenbetrieb (EB) einen zwischen dem ersten und zweiten Ausgangspol (u, v) angeordneten Phasenverbindungsschalter (S1) zu schließen, um den ersten und zweiten Ausgangspol (u v) zu einem gemeinsamen Ausgangspol (uv) zu verbinden und eine Ansteuerung des jeweils oberen Leistungsschalters (SU1+, SV1+) und jeweils unteren Leistungsschalters (SU1-, SV1-) des ersten und zweiten Phasenzweigs (U, V) zur Ausgabe der einphasigen Ausgangs-Wechselspannung (u12) zwischen dem gemeinsamen Ausgangspol (uv) und dem Zwischenkreis-Mittelpunkt (M) zu erwirken. 5. Inverter (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the switching unit (5) is designed to close a phase connection switch (S1) arranged between the first and second output poles (u, v) in single-phase operation (EB) to connect the first and second output pole (uv) to a common output pole (uv) and to control the respective upper circuit breaker (SU1 +, SV1 +) and lower circuit breaker (SU1-, SV1-) of the first and second phase arms (U, V) to output the single-phase output AC voltage (u12) between the common output pole (uv) and the intermediate circuit center point (M).
6. Wechselrichter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinheit (5) ausgestaltet ist, im Einphasenbetrieb (EB) die Steuereinheit (4) zu einer Ansteuerung des jeweils oberen Leistungsschalters (SU1+, SV1+) und unteren Leistungsschalters (SU1-, SV1-) des ersten und zweiten Phasenzweigs (U, V) zur Ausgabe einer einphasigen Ausgangs-Wechselspannung (u12) am gemeinsamen Ausgangspol (uv) anzuweisen. 6. Inverter (1) according to claim 5, characterized in that the switching unit (5) is designed, in single-phase operation (EB), the control unit (4) to control the respective upper circuit breaker (SU1 +, SV1 +) and lower circuit breaker (SU1- , SV1-) of the first and second phase branches (U, V) for output a single-phase output AC voltage (u12) at the common output terminal (uv).
7. Wechselrichter (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinheit (5) ausgestaltet ist, den Phasenverbindungsschalter (S1) beim Umschalten vom Einphasenbetrieb (EB) in den Mehrphasenbetrieb (MB) zu öffnen, um den ersten Ausgangspol (u) und den zweiten Ausgangspol (v) zu trennen. 7. Inverter (1) according to claim 5 or 6, characterized in that the switching unit (5) is designed to open the phase connection switch (S1) when switching from single-phase operation (EB) to multi-phase operation (MB) in order to open the first output pole ( u) and the second output pole (v) to separate.
8. Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (1) einen ersten Phasenzweig (U), mit einem oberen Leistungsschalter (SU1+) und einen dazu über einen ersten Ausgangspol (u) in Serie geschalteten unteren Leistungsschalter (SU1-), einen zweiten Phasenzweig (V), mit einem oberen Leistungsschalter (SV1+) und einen dazu über einen zweiten Ausgangspol (v) in Serie geschalteten unteren Leistungsschalter (SV1-), einen dritten Phasenzweig (W), mit einem oberen Leistungsschalter (SW1+) und einem dazu über einen dritten Ausgangspol (w) in Serie geschalteten unteren Leistungsschalter (SW1-) umfasst, wobei in einem Mehrphasenbetrieb (MB) jeweils der obere Leistungsschalter (SU1+, SV1+, SW1+) und jeweils der untere Leistungsschalter (SU1-, SV1-, SW1-) der Phasenzweige (U, V, W) derart angesteuert werden, dass eine Eingangsgleichspannung (Ue) in an einem Ausgangspol (u, v, w) anliegende, Ausgangswechselspannungen (ua1, ua2, ua3) gewandelt wird, wobei die Eingangsgleichspannung (Ue) an einen Zwischenkreis (ZK) mit dem ersten Zwischenkreiskondensator (C1) und einem über einen Zwischenkreis-Mittelpunkt (M) verbundenen zweiten Zwischenkreiskondensator (C2) angelegt wird, dass der Wechselrichter (1) von einer Umschalteinheit (5) von einem Mehrphasenbetrieb (MB) in einen Einphasenbetrieb (EB) geschaltet wird, um eine einphasige Ausgangs- Wechselspannung auszugeben, wobei der dritte Ausgangspol (w) mit dem Zwischenkreis- Mittelpunkt (M) verbunden wird und der obere und untere Leistungsschalter (SW1+, SW1-, SW2+, SW2-) des dritten Phasenzweigs (W) zur Symmetrierung von Zwischenkreisspannungen (UC1, UC2) am ersten und zweiten Zwischenkreiskondensator (C1, C2) angesteuert werden. 8. A method for operating an inverter (1), characterized in that the inverter (1) has a first phase branch (U) with an upper power switch (SU1 +) and a lower power switch ( SU1-), a second phase branch (V), with an upper circuit breaker (SV1 +) and a lower circuit breaker (SV1-) connected in series via a second output pole (v), a third phase branch (W), with an upper circuit breaker ( SW1 +) and a lower power switch (SW1-) connected in series via a third output pole (w), the upper power switch (SU1 +, SV1 +, SW1 +) and the lower power switch (SU1-, SV1-, SW1-) of the phase branches (U, V, W) are controlled in such a way that a DC input voltage (Ue) is converted into AC output voltages (ua1, ua2, ua3) present at an output terminal (u, v, w), whereby i the input DC voltage (Ue) is applied to an intermediate circuit (ZK) with the first intermediate circuit capacitor (C1) and a second intermediate circuit capacitor (C2) connected via an intermediate circuit center point (M) so that the inverter (1) is controlled by a switching unit (5) is switched from a multi-phase operation (MB) to a single-phase operation (EB) in order to output a single-phase output AC voltage, the third output pole (w) being connected to the intermediate circuit center point (M) and the upper and lower power switches (SW1 +, SW1 -, SW2 +, SW2-) of the third phase branch (W) for balancing intermediate circuit voltages (UC1, UC2) on the first and second intermediate circuit capacitors (C1, C2).
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Einphasenbetrieb (EB) der erste und zweite Ausgangspol (u, v) zu einem gemeinsamen Ausgangspol (uv) verbunden werden, und dass die einphasige Ausgangs-Wechselspannung (u12) zwischen dem ersten und/oder zweiten Ausgangspol (u, v) und dem Zwischenkreis-Mittelpunkt (M) ausgegeben wird. 9. The method according to claim 8, characterized in that in single-phase operation (EB) the first and second output terminals (u, v) are connected to a common output terminal (uv), and that the single-phase output AC voltage (u12) between the first and / or second output pole (u, v) and the intermediate circuit center point (M) is output.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der obere und jeweils der untere Leistungsschalter (SU1+, SV1+, SU1-, SV1-) des ersten und zweiten Phasenzweigs (U, V) im Einphasenbetrieb (EB) von der Umschalteinheit (5) derart angesteuert werden, dass die einphasige Ausgangs-Wechselspannung (u12) am gemeinsamen Ausgangspol (uv) ausgegeben wird. 10. The method according to claim 9, characterized in that the upper and lower power switches (SU1 +, SV1 +, SU1-, SV1-) of the first and second phase branches (U, V) in single-phase operation (EB) from the switching unit (5 ) like that controlled so that the single-phase output AC voltage (u12) is output at the common output terminal (uv).
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinheit (5) im Einphasenbetrieb (EB) die Steuereinheit (4) dazu anweist, jeweils den oberen und jeweils den unteren Leistungsschalter (SU1+, SU1-) des ersten und zweiten Phasenzweigs (U, V) derart anzusteuern, dass die einphasige Ausgangs-Wechselspannung (u12) am gemeinsamen Ausgangspol (uv) ausgegeben wird. 11. The method according to claim 9, characterized in that the switching unit (5) in single-phase operation (EB) instructs the control unit (4) to open the respective upper and lower circuit breakers (SU1 +, SU1-) of the first and second phase branches (U , V) in such a way that the single-phase output AC voltage (u12) is output at the common output terminal (uv).
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass beim Schalten vom Einphasenbetrieb (EB) in den Mehrphasenbetrieb (MB) des Wechselrichters, vorzugsweise von der Umschalteinheit (5), der erste Ausgangspol (u) und der zweite Ausgangspol (v) getrennt werden. 12. The method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that when switching from single-phase operation (EB) to multi-phase operation (MB) of the inverter, preferably from the switching unit (5), the first output pole (u) and the second output pole ( v) be separated.
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