WO2002087062A2 - Weshselrichter - Google Patents

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WO2002087062A2
WO2002087062A2 PCT/AT2002/000108 AT0200108W WO02087062A2 WO 2002087062 A2 WO2002087062 A2 WO 2002087062A2 AT 0200108 W AT0200108 W AT 0200108W WO 02087062 A2 WO02087062 A2 WO 02087062A2
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WO
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converter
transformer
inverter
primary
input voltage
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PCT/AT2002/000108
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French (fr)
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Inventor
Christoph Panhuber
Gerhard Rimpler
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Fronius International Gmbh
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/10—Arrangements incorporating converting means for enabling loads to be operated at will from different kinds of power supplies, e.g. from ac or dc
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
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    • 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
    • H02M7/4807—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 having a high frequency intermediate AC stage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the invention relates to an inverter, a DC-DC converter and a method for regulating an inverter and / or a DC-DC converter, as described in the preambles of claims 1, 2 and 8.
  • Inverters are already known in which an energy source, in particular a solar module, is connected to a DC-DC converter.
  • the DC-DC converter is connected to an intermediate circuit which is formed from one or more capacitors.
  • a DC-AC converter is connected to the intermediate circuit, the output of the DC-AC converter being connected to an AC voltage network for energy supply or at least to a consumer.
  • the DC-DC converter is designed to supply a DC voltage and the DC-AC converter to supply an AC voltage.
  • DC-DC converters which are constructed from a bridge circuit, a transformer and a rectifier.
  • the bridge circuit is controlled by a controller or a control device with pulse width modulation, so that an approximately constant output voltage is supplied at the output of the DC-DC converter.
  • the transformer is designed for a certain transmission ratio, this being chosen for the smallest input voltage from the energy source.
  • the transformer is operated unfavorably by the fixed transmission ratio.
  • the pulse duty factor of the pulse width modulation for the upstream bridge circuit is getting smaller, which leads to poor utilization of the transformer and thus to poor efficiency.
  • the peak output voltage at the inverter becomes disproportionately high, which places increased demands on the load-bearing capacity of the components and thus drives up the prices for the oversized components, in particular the downstream rectifier diodes.
  • the invention has for its object to provide an inverter and / or a DC-DC converter and a method for controlling an inverter and / or a DC-DC converter, in which the DC-DC converter or the transformer the voltage applied, in particular to the input voltage, is adapted.
  • This object of the invention is achieved in such a way that a transformer of the DC-DC converter has a plurality of primary windings for different input voltage ranges on the primary side and the primary windings can be connected in series according to the level of the input voltage supplied via at least one switching device, with which different transmission ratios can be set are.
  • the inverter or the DC-DC converter can cover a wide input voltage range without major disadvantages, since the transformation ratio of the transformer can be adapted to the input voltage present. This also ensures that the bridge circuit upstream of the transformer is always operated optimally.
  • Another major advantage is that the downstream components can be dimensioned much smaller, since the DC-DC converter, in particular the output of the transformer, always delivers the same voltage regardless of the input voltage due to the adapted transmission ratio thus the components no longer reach the maximum expected
  • Voltage level must be dimensioned by a fixed transmission ratio of the transformer.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an inverter for a solar system with the essential components, in particular the DC-DC converter, in a simplified, schematic representation;
  • Fig. 2 shows another embodiment of a block diagram of the inverter for a solar system with the essential components, in particular the DC-DC converter, in a simplified, schematic representation.
  • FIG. 1 and 2 show a conventional structure, in particular a block diagram, of an inverter system 1 with an inverter 2 (with dash-dotted lines). Since the individual components or assemblies and functions of the inverter system 1 are already known, they will not be discussed in more detail.
  • the inverter 2 has, for example, a DC-DC converter 3 (with dashed lines), an intermediate circuit 4 and a DC-AC converter 5.
  • An energy source 6 or an energy generator is connected to the DC-DC converter 3 and can be formed, for example, from one or more solar modules 7 connected in parallel and / or in series with one another, which are referred to as solar generators, or a battery (not shown) ,
  • the outputs of the DC-AC converter 5 are connected, for example, to an AC voltage network 8 and / or one or more consumers 9, such as a refrigerator, a radio, etc.
  • the DC-DC converter 3 is preferably formed at least from a bridge circuit 10, in particular from a full or half bridge, a switching device 11, a transformer 12 and a rectifier 13.
  • the intermediate circuit 4 is constructed from one or more capacitors. So that a desired alternating voltage can be generated for the alternating voltage network 8 or the loads 9, the DC-AC converter 5 is formed by a corresponding inverter, which converts the direct voltage into an alternating voltage. Further components or assemblies, such as filters, smoothing capacitors, etc., are not shown in the exemplary embodiment shown.
  • the inverter 2 has a regulator or a control device 14, which can be formed, for example, by a microprocessor, a microcontroller or a computer. Corresponding control of the individual - 4 -
  • NEN modules in particular the switching elements arranged therein, are made.
  • the individual regulating or control processes are stored in the control device 14 by means of corresponding software programs and / or data or characteristic curves.
  • one or more measuring systems 15 for detecting the current and voltage are or are arranged at the most varied points of the inverter system 1 with the control device 14.
  • a special DC-DC converter 3 in which the transformer 12 on the primary side 16 has a plurality of primary windings 17, 18 for different input voltage ranges and the primary windings 17, 18 according to the level of the input voltage supplied via at least one Switching device 11 can be switched in series, with which different transmission ratios can be set.
  • the transformer 12 has at least two primary windings 17, 18 or a primary winding 17 with at least one center tap (not shown), with only a single secondary winding 20 or more on a secondary side 19 of the transformer 12
  • Secondary windings 20 can be arranged.
  • the primary windings 17, 18 and possibly 21 of the transformer are interconnected such that one connection - for example the winding end - of the primary winding 17 with one connection - for example the winding start - of the second primary winding 18 and optionally the further connection - for example the winding end -
  • the second primary winding 18 is connected to a connection - for example the beginning of the winding - a further primary winding 21 etc.
  • the switching device 11 is connected to the primary windings 17, 18, 21 in such a way that when switching or activating the switching device 11, which is triggered by individual switching elements 22 is constructed, a series connection of the primary windings 17, 18, 21 and thus one Change in the gear ratio of the transformer 12 takes place.
  • the switching element 22 is arranged between the connections of the second primary winding 18. It is thus possible that with a normal input voltage, for example of 200 V DC, only one primary winding 17 is activated to generate an output voltage, for example of 380 V DC, as is the case with the switching element 22 with dashed lines, ie that the current flows only through the primary winding 17, since the further connection of the second primary winding 18 has no electrical connection with the upstream bridge circuit 10.
  • the control device 14 activates the switching device 11, in particular the switching element 22, so that it is switched from the dashed position to the position drawn with full lines.
  • an output voltage of, for example, 2 x 380 V DC would be achieved by doubling the input voltage. that is 760 V DC.
  • the control of the components is changed by the control device 14 to such an extent that in turn only an output voltage of 380 V DC is calibrated, ie the pulse width or the pulse width for the upstream bridge circuit 10 is reduced so that for any further Adjustments can no longer be carried out in a meaningful way.
  • the transmission ratio that is to say by connecting a plurality of primary windings 17, 18, 21 in series
  • the reduction in the pulse width can be avoided in a simple form and thus a much better regulation or control of the inverter 1 or the DC-DC converter 3 can be achieved because the entire spectrum for the pulse width or pulse width is still available.
  • the connection ratio is changed by switching on the further primary winding 18 in such a way that, for example, when the input voltage is doubled, ie from 200 V DC to 400 V
  • the output voltage of, for example, 380 V DC remains the same, that is to say that in this case the transmission ratio from the primary side 16 to the secondary side 19 is reduced by adding further turns, in particular the primary winding 18, to the primary winding 17 on the primary side 16 and thus always the same output voltage is calibrated.
  • the pulse duty factor of the pulse width modulation can always be operated in the vicinity of the optimum.
  • each additional primary winding 18, 21 is in turn connected to the primary winding 17 in the case of a plurality of primary windings 17, 18, 21 can. It is therefore possible that any number of primary windings 17, 18, 21 can be used.
  • the advantage of such a solution with more than two primary windings 17, 18, 21 is that an even better adaptation to the input voltage can be made, i.e. that a finer gradation is achieved for the input voltage range and thus the
  • the input terminals of the transformer 12, in particular in front of the switching device 11, are again a suitable circuit connected upstream, which is controlled accordingly, in order to keep the output voltage of the DC-DC converter 3 approximately constant, ie that the transformer 12 of the DC-DC converter 3 is preferably connected upstream of a bridge circuit 10, in particular a full bridge or half bridge, which is pulse width modulated by a controller or the control device 14.
  • a full-wave rectifier is usually arranged at the output of the transformer 12, that is to say on the secondary side 19.
  • FIGS. 1, 2 can form the subject of independent solutions according to the invention.
  • the relevant tasks and solutions according to the invention can be found in the detailed descriptions of these figures.
  • Inverter system Inverter DC-DC converter DC link DC-AC converter Energy source Solar module AC voltage network Consumer Bridge circuit Switching device Transformer Rectifier Control device Measuring system Primary side Primary winding Primary winding Secondary side Secondary winding Primary winding Switching element

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Wechselrichter (2), insbesondere für eine photovoltaische Solarangage, der zumindest aus einem DC-DC-Wandler (3), einem Zwischenkreis (4) und einem D-AC-Wandler (5) besteht, and den eine Energiequelle (6) bzw. ein Energieerzeuger, insbesondere ein Solarmodul (7), und/oder eine Batterie anschliessbar ist und dieser mit einem Wechselspannungsnetz (8) und/oder einem oder mehreren Verbrauchern (9) verbindbar ist. Ein Transformator (12) des DC-DC-Wandlers (3) weist auf einer Primärseite (16) mehrere Primärwicklungen (17, 18) für unterschiedliche Eingangsspannungsbereiche auf. Die Primärwicklungen (17, 18) sind entsprechend der Höhe der zugeführten Eingangsspannung über zumindest eine Schaltvorrichtung (11) wahlweise in Serie schaltbar, womit verschiedene Übersetzungsverhältnisse des Transformators (12) einstellbar sind.

Description

Wechselrichter
Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter, einen DC-DC-Wandler und ein Verfahren zum Regeln eines Wechselrichters und/oder eines DC-DC-Wandlers, wie in den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 2 und 8 beschrieben.
Es sind bereits Wechselrichter bekannt, bei denen eine Energiequelle, insbesondere ein Solarmodul, an einem DC-DC-Wandler angeschlossen ist. Der DC-DC-Wandler ist mit einem Zwischenkreis, der aus einem oder mehreren Kondensatoren gebildet ist, verbunden. An dem Zwischenkreis ist ein DC-AC-Wandler angeschlossen, wobei der Ausgang des DC-AC- Wandlers mit einem Wechselspannungsnetz zur Energieeinspeisung oder zumindest mit einem Verbraucher verbunden ist. Der DC-DC-Wandler ist zur Lieferung einer Gleichspannung und der DC-AC-Wandler zur Lieferung einer Wechselspannung ausgelegt.
Weiters sind DC-DC-Wandler bekannt, die aus einer Brückenschaltung, einem Transformator und einem Gleichrichter aufgebaut sind. Die Brückenschaltung wird dabei von einem Regler oder einer Steuervorrichtung pulsbreitenmoduliert angesteuert, so daß am Ausgang des DC- DC-Wandlers eine annähernd konstante Ausgangsspannung geliefert wird.
Bei dem Wechselrichter oder dem DC-DC-Wandler ist der Transformator für ein gewisses Übersetzungsverhältnis ausgelegt, wobei dieses für die kleinste Eingangsspannung von der Energiequelle gewählt wird. Ändert sich jedoch die Eingangsspannung am Wechselrichter bzw. am DC-DC-Wandler, insbesondere erhöht sie sich, so wird der Transformator durch das fix vorgegebene Übersetzungsverhältnis ungünstig betrieben. Hierzu wird das Tastverhältnis der Pulsbreitenmodulation für die vorgeschaltete Brückenschaltung immer kleiner, was zu schlechter Ausnutzung des Transformators und somit zu einem schlechten Wirkungsgrad führt. Andererseits wird die Spitzen- Ausgangsspannung am Wechselrichter unverhältnismäßig hoch, was eine erhöhte Anforderung an die Belastbarkeit der Bauelemente stellt und somit die Preise für die überdimensionierten Bauelemente, insbesondere den nachgeschalteten Gleichrichterdioden, in die Höhe treibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wechselrichter und/oder einen DC-DC- Wandler sowie ein Verfahren zum Regeln eines Wechselrichters und/oder eines DC-DC- Wandlers zu schaffen, bei dem der DC-DC-Wandler bzw. der Transformator an die angelegte Spannung, insbesondere an die Eingangsspannung, angepaßt wird. Diese Aufgabe der Erfindung wird derartig gelöst, daß ein Transformator des DC-DC-Wandlers auf der Primärseite mehrere Primärwicklungen für unterschiedliche Eingangsspannungsbereiche aufweist und die Primärwicklungen entsprechend der Höhe der zugeführten Eingangsspannung über zumindest eine Schaltvorrichtung in Serie schaltbar sind, womit ver- schiedene Übersetzungsverhältnisse einstellbar sind.
Vorteilhaft ist hierbei, daß dadurch der Wechselrichter bzw. der DC-DC-Wandler einen weiten Eingangsspannungsbereich ohne große Nachteile abdecken kann, da das Übersetzungsverhältnis des Transformators an die anliegende Eingangsspannung angepaßt werden kann. Somit wird auch gewährleistet, daß die dem Transformator vorgeschaltete Brückenschaltung immer optimal betrieben wird. Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt vor allem darin, daß die nachgeschalteten Bauelemente wesentlich geringer dimensioniert werden können, da vom DC-DC-Wandler, insbesondere vom Ausgang des Transformators, unabhängig der anliegenden Eingangsspannung durch das angepaßte Übersetzungsverhältnis immer die gleiche Span- nung geliefert wird und somit die Bauelemente nicht mehr auf die maximal zu erwartende
Spannungshöhe durch ein fix vorgegebenes Übersetzungsverhältnisses des Transformators dimensioniert werden müssen.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den Ansprüchen 3 bis 8 beschrieben. Die sich daraus ergebenden Vorteile sind aus der Beschreibung zu entnehmen.
Die Erfindung wird anschließend durch ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Wechselrichters für eine Solaranlage mit den wesentlichen Komponenten, insbesondere dem DC-DC-Wandler, in vereinfachter, sche- matischer Darstellung;
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Blockschaltbildes des Wechselrichters für eine Solaranlage mit den wesentlichen Komponenten, insbesondere dem DC-DC- Wandler, in vereinfachter, schematischer Darstellung.
Einführend sei festgehalten, daß in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer- den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
In den Fig. 1 und 2 ist ein üblicher Aufbau, insbesondere ein Blockschaltbild, eines Wechselrichtersystems 1 mit einem Wechselrichter 2 (strichpunktiert umrandet) dargestellt. Da die einzelnen Komponenten bzw. Baugruppen und Funktionen des Wechselrichtersystems 1 bereits bekannt sind, wird auf diese nicht mehr näher eingegangen.
Der Wechselrichter 2 weist beispielsweise einen DC-DC-Wandler 3 (strichliert umrandet), einen Zwischenkreis 4 und einen DC-AC-Wandler 5 auf. An dem DC-DC-Wandler 3 ist eine Energiequelle 6 bzw. ein Energieerzeuger angeschlossen, die beispielsweise aus einem oder mehreren parallel und/oder seriell zueinander geschalteten Solarmodulen 7, die als Solargenerator bezeichnet werden, oder einer Batterie (nicht dargestellt) gebildet werden kann. Der DC-AC-Wandler 5 ist mit seinen Ausgängen beispielsweise mit einem Wechselspannungsnetz 8 und/oder einem oder mehreren Verbrauchern 9, wie beispielsweise einem Kühlschrank, einem Funkgerät usw., verbunden.
Der DC-DC-Wandler 3 wird bevorzugt zumindest aus einer Brückenschaltung 10, insbeson- dere aus einer Voll- oder Halbbrücke, einer Schaltyorrichtung 11, einem Transformator 12 und einem Gleichrichter 13 gebildet. Der Zwischenkreis 4 wird aus einem oder mehreren Kondensatoren aufgebaut. Damit eine gewünschte Wechselspannung für das Wechselspannungsnetz 8 oder die Verbraucher 9 erzeugt werden kann, wird der DC-AC-Wandler 5 durch einen entsprechenden Inverter, der die Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt, gebildet. Weitere Bauelemente bzw. Baugruppen, wie beispielsweise Filter, Glättungskonden- satoren usw., sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel nicht dargestellt.
Weiters weist der Wechselrichter 2 einen Regler bzw. eine Steuervoπichtung 14, die beispielsweise durch einen Mikroprozessor, einen MikroController oder einen Rechner gebildet sein kann, auf. Über die Steuervorrichtung 14 kann eine entsprechende Steuerung der einzel- - 4 -
nen Baugruppen, insbesondere der darin angeordneten Schaltelemente, vorgenommen werden. In der Steuervoπichtung 14 sind hierzu die einzelnen Regel- bzw. Steuerabläufe durch entsprechende Software-Programme und/oder Daten bzw. Kennlinien gespeichert. Weiters ist bzw. sind mit der Steuervorrichtung 14 ein oder mehrere Meßsysteme 15 zur Erfassung des Stromes und der Spannung an den verschiedensten Punkten des Wechselrichtersystems 1 angeordnet.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird ein spezieller DC-DC-Wandler 3 eingesetzt, bei dem der Transformator 12 auf der Primärseite 16 mehrere Primärwicklungen 17, 18 für unter- schiedliche Eingangsspannungsbereiche aufweist und die Primärwicklungen 17, 18 entsprechend der Höhe der zugeführten Eingangsspannung über zumindest eine Schaltvorrichtung 11 in Serie schaltbar sind, womit verschiedene Übersetzungsverhältnisse einstellbar sind. Dabei weist der Transformator 12 zumindest zwei Primärwicklungen 17, 18 oder eine Primärwicklung 17 mit zumindest einer Mittelanzapfung (nicht dargestellt) auf, wobei auf einer Sekun- därseite 19 des Transformators 12 nur eine einzige Sekundärwicklung 20 oder auch mehrere
Sekundärwicklungen 20 angeordnet sein können.
Selbstverständlich ist es möglich, daß eine beliebige Anzahl von Primärwicklungen 17, 18 vorhanden ist, wobei lediglich sichergestellt werden muß, daß über die vorgeschaltete Schalt- voπichtung 11 jede einzelne eingesetzte Primärwicklung 17, 18 zu einer weiteren Primärwicklung 17, 18, 21 aktiviert werden kann. Hierzu ist in Fig. 2 beispielsweise ein Ausführungsbeispiel mit drei Primärwicklungen 17, 18, 21 dargestellt, wobei die vorgeschaltete Schaltvorrichtung 11 derart geändert wurde, daß wiederum jede einzelne Primärwicklung 17, 18, 21 aktiviert werden kann und diese somit in Serie geschaltet werden können.
Die Primärwicklungen 17, 18 und gegebenenfalls 21 des Transformators werden dabei derartig zusammengeschaltet, daß jeweils ein Anschluß - beispielsweise das Wicklungsende - der Primärwicklung 17 mit einem Anschluß - beispielsweise dem Wicklungsanfang - der zweiten Primärwicklung 18 und gegebenenfalls der weitere Anschluß - beispielsweise das Wicklungs- ende- der zweiten Primärwicklung 18 mit einem Anschluß - beispielsweise dem Wicklungsanfang - einer weiteren Primärwicklung 21 usw. verbunden ist. Damit die einzelnen Primärwicklungen 17, 18, 21 wahlweise von der Steuervomchtung 14 aktiviert werden können, ist die Schaltvorrichtung 11 derart an die Primärwicklungen 17, 18, 21 angeschlossenen, daß beim Umschalten bzw. Aktivieren der Schaltvorrichtung 11, die durch einzelne Schaltele- mente 22 aufgebaut ist, eine Reihenschaltung der Primärwicklungen 17, 18, 21 und somit eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Transformators 12 stattfindet.
Dabei ist es auch möglich, daß nicht, wie zuvor beschrieben, die einzelnen Primärwicklungen 17, 18, 21 bereits hardwaremäßig verbunden sind, sondern die Primärwicklungen 17, 18, 21 erst über die Schaltvoπichtung 11 elektrotechnisch zusammengeschaltet werden.
Bei dem gezeigten Ausführangsbeispiel in Fig. 1 ist dabei das Schaltelement 22 zwischen den Anschlüssen der zweiten Primärwicklung 18 angeordnet. Somit ist es möglich, daß bei normaler Eingangsspannung, beispielsweise von 200 V DC, zur Erzeugung einer Ausgangsspan- nung, beispielsweise von 380 V DC, nur eine Primärwicklung 17 aktiviert ist, wie dies durch das Schaltelement 22 mit strichlierten Linien der Fall ist, d.h., daß der Stromfluß nur über die Primärwicklung 17 erfolgt, da der weitere Anschluß der zweiten Primärwicklung 18 keine elektrische Verbindung mit der vorgeschalteten Brückenschaltung 10 aufweist.
Erhöht sich beispielsweise die Eingangsspannung über einen definierten Wert, beispielsweise auf 400 V DC, so wird dies von der Steuervoπichtung 14 über die Meßsysteme 15 erkannt, und es kann nunmehr eine Anpassung des Übersetzungsverhältnisses des Transformators 12 an die neue Eingangsspannung durchgeführt werden. Hierzu aktiviert die Steuervorrichtung 14 die Schaltvorrichtung 11, insbesondere das Schaltelement 22, so daß diese von der strich- lierten Stellung in die mit vollen Linien gezeichnete Stellung umgeschaltet wird. Dadurch wird nunmehr der weitere Anschluß der zweiten Primärwicklung 18 aktiviert und es bildet sich nunmehr ein Stromfluß über die beiden in Reihe geschalteten Primärwicklungen 17 und 18 aus, d.h., daß mittels des Schaltelementes 22 der Schaltvorrichtung 11 eine Umschaltung zwischen dem linken Anschluß der Primärwicklung 18 und der Mittelanzapfung bzw. der verbunden Anschlüsse der Primärwicklungen 17 und 18 und damit eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses erfolgt.
Würde eine derartige Anpassung des Übersetzungsverhältnisses nicht erfolgen, wie dies im Stand der Technik derzeit der Fall ist, so würde bei gleichbleibender Ansteuerung der restli- chen Komponenten durch das fix vorgegebene Übersetzungsverhältnis durch die Verdoppelung der Eingangsspannung eine Ausgangsspannung von beispielsweise 2 x 380 V DC, also 760 V DC, entstehen. Damit dies beim Stand der Technik nicht passieren kann, wird von der Steuervoπichtung 14 die Ansteuerung der Komponenten soweit verändert, daß wiederum nur eine Ausgangsspannung von 380 V DC eπeicht wird, d.h., daß die Pulsweite bzw. die Puls- breite für die vorgeschaltete Brückenschaltung 10 verkleinert wird, so daß für etwaige weitere Anpassungen keine sinnvolle Regelung mehr durchgeführt werden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung hingegen kann durch die Anpassung des Übersetzungsverhältnisses, also durch das in Reihe schalten mehrerer Primärwicklungen 17, 18, 21, die Reduzierung der Pulsweite in einfacher Form vermieden werden und somit eine wesentlich bessere Regelung bzw. Steuerung des Wechselrichters 1 bzw. des DC-DC-Wandlers 3 erreicht werden, da das gesamte Spektrum für die Pulsweite bzw. Pulsbreite noch zur Verfügung steht. Tritt nämlich ein derartiger Fall, wie zuvor beschrieben, ein, so wird durch das Zuschalten der weiteren Primärwicklung 18 das Übersetzungsverhältnis derart geändert, daß beispielsweise bei einer Verdoppelung der Eingangsspannung, also von 200 V DC auf 400 V
DC, die Ausgangsspannung von beispielsweise 380 V DC gleich bleibt, d.h., daß in diesem Fall das Übersetzungsverhältnis von der Primärseite 16 zur Sekundärseite 19 durch hinzuschalten weiterer Windungen, insbesondere der Primärwicklung 18, zur Primärwicklung 17 auf der Primärseite 16 reduziert wird und somit immer die gleiche Ausgangsspannung eπeicht wird. Damit wird erreicht, daß ein weiterer Eingangsspannungsbereich ohne große Nachteile abgedeckt werden kann. Insbesondere kann das Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation immer in der Nähe des Optimums betrieben werden.
Das Prinzip der Reihenschaltung von Primärwicklungen 17, 18, 21 kann selbstverständlich durch mehrere Wicklungen, wie das weitere Ausführungsbeispiel in Fig. 2 zeigt, und mehrere
Schaltelemente 22 in der Schaltvorrichtung 11 ausgebaut werden.
Betrachtet man hierzu das Ausführungsbeispiel in Fig. 2, so erkennt man, daß durch entsprechende Anpassung der Schaltvoπichtung 11, also durch Hinzufügen weiterer Schaltelemente 22, bei mehreren Primärwicklungen 17, 18, 21 wiederum jede einzelne zusätzliche Primärwicklung 18, 21 zur Primärwicklung 17 hinzugeschaltet werden kann. Somit ist es möglich, daß eine beliebige Anzahl von Primärwicklungen 17, 18, 21 eingesetzt werden kann. Der Vorteil einer derartigen Lösung mit mehr als zwei Primärwicklungen 17, 18, 21 liegt darin, daß eine noch bessere Anpassung an die Eingangsspannung vorgenommen werden kann, d.h. daß eine feinere Abstufung für den Eingangsspannungsbereich erzielt wird und somit der
Wirkungsgrad des DC-DC-Wandlers 3 bzw. des Wechselrichters 1 wesentlich verbessert wird.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist den Eingangsklemmen des Transfor- mators 12, insbesondere vor der Schaltvorrichtung 11, wiederum eine geeignete Schaltung vorgeschaltet, die entsprechend angesteuert wird, um die Ausgangsspannung des DC-DC- Wandlers 3 annähernd konstant zu halten, d.h., daß dem Transformator 12 des DC-DC-Wandlers 3 bevorzugt eine Brückenschaltung 10, insbesondere eine Vollbrücke oder Halbbrücke, vorgeschaltet ist, die pulsbreitenmoduliert von einem Regler oder der Steuervoπichtung 14 angesteuert ist. Am Ausgang des Transformators 12, also auf der Sekundärseite 19 ist üblicherweise ein Vollweg-Gleichrichter angeordnet.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, daß zum besseren Verständnis des Aufbaus des Wechselrichtersystems 1 bzw. des DC-DC-Wandlers 3 diese bzw. deren Be- standteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.
Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1, 2 gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemäßen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen, erfindungsgemäßen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.
Bezugszeichenaufstellung
Wechselrichtersystem Wechselrichter DC-DC-Wandler Zwischenkreis DC-AC-Wandler Energiequelle Solarmodul Wechselspannungsnetz Verbraucher Brückenschaltung Schaltvoπichtung Transformator Gleichrichter Steuervoπichtung Meßsystem Primärseite Primärwicklung Primärwicklung Sekundärseite Sekundärwicklung Primärwicklung Schaltelement

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Wechselrichter, insbesondere für eine photovoltaische Solaranlage, der zumindest aus einem DC-DC-Wandler, einem Zwischenkreis und einem DC-AC-Wandler besteht, an den eine Energiequelle bzw. ein Energieerzeuger, insbesondere ein Solarmodul, und/oder eine
Batterie anschließbar ist und dieser mit einem Wechselspannungsnetz und/oder einem oder mehreren Verbrauchern verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transformator (12) des DC-DC-Wandlers (3) auf der Primärseite (16) mehrere Primärwicklungen (17, 18, 21) für unterschiedliche Eingangsspannungsbereiche aufweist und die Primärwicklungen (17, 18, 21) entsprechend der Höhe der zugeführten Eingangsspannung über zumindest eine Schaltvorrichtung (11) wahlweise in Serie schaltbar sind, womit verschiedene Übersetzungsverhältnisse des Transformators (12) einstellbar sind.
2. DC-DC-Wandler, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transformator (12) auf der Pri- märseite (16) mehrere Primärwicklungen (17, 18, 21) für unterschiedliche Eingangsspannungsbereiche aufweist und die Primärwicklungen (17, 18, 21) entsprechend der Höhe der zugeführten Eingangsspannung über zumindest eine Schaltvomchtung (11) wahlweise in Serie schaltbar sind, womit verschiedene Übersetzungsverhältnisse des Transformators (12) einstellbar sind.
3. Wechselrichter oder DC-DC-Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der DC-DC-Wandler (3) bevorzugt eine Brückenschaltung (10), einen Transformator (12) und einen Gleichrichter (13) aufweist.
4. Wechselrichter oder DC-DC-Wandler nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (12) zumindest zwei Primärwicklungen (17, 18, 21) oder eine Primärwicklung (17, 18, 21) mit zumindest einer Mittelanzapfung aufweist.
5. Wechselrichter oder DC-DC-Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Anschluß - Wicklungsende - der Primärwicklung (17, 18, 21) mit einem Anschluß - Wicklungsanfang - der zweiten Primärwicklung (17, 18, 21) und gegebenenfalls der weitere Anschluß - Wicklungsende - der zweiten Primärwicklung (17, 18, 21) mit einem Anschluß - Wicklungsanfang - einer weiteren Primärwicklung (17, 18, 21) usw. verbindbar ist.
6. Wechselrichter oder DC-DC-Wandler nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (11) derart an die Primärwicklungen (17, 18, 21) angeschlossen ist, daß beim Umschalten bzw. Aktivieren der Schaltvorrichtung (11) eine Reihenschaltung der Primärwicklungen (17, 18, 21) und somit eine Än- derung des Übersetzungsverhältnisses des Transformators stattfindet.
7. Wechselrichter oder DC-DC-Wandler nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Transformator (12) des DC-DC-Wandlers (3) bevorzugt eine Brückenschaltung (10), insbesondere eine Vollbrücke oder Halbbrücke, vorgeschalten ist, die pulsbreitenmoduliert angesteuert ist.
8. Verfahren zum Regeln eines Wechselrichter oder eines DC-DC-Wandlers, bei dem über eine Energiequelle, insbesondere über zumindest ein Solarmodul oder über eine Batterie, elektrische Energie erzeugt und/oder geliefert wird, die von zumindest einem DC-DC-Wand- 1er in einen Zwischenkreis transferiert und von diesem über einen DC-AC-Wandler in ein
Wechselspannungsnetz eingespeist und/oder einem Verbraucher zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der DC-DC-Wandler derart geregelt wird, daß je nach Höhe der Eingangsspannung von einer Steuervorrichtung zumindest eine Schaltvomchtung für eine Primärseite des Transformators angesteuert wird und dadurch eine Umschaltung zwischen mehreren Pri- märwicklungen des Transformators durchgeführt wird und somit verschiedene Übersetzungsverhältnisse eingestellt werden.
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