WO2005008874A1 - Umrichterschaltung - Google Patents

Umrichterschaltung Download PDF

Info

Publication number
WO2005008874A1
WO2005008874A1 PCT/CH2004/000388 CH2004000388W WO2005008874A1 WO 2005008874 A1 WO2005008874 A1 WO 2005008874A1 CH 2004000388 W CH2004000388 W CH 2004000388W WO 2005008874 A1 WO2005008874 A1 WO 2005008874A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
switching group
power semiconductor
main
main switching
converter circuit
Prior art date
Application number
PCT/CH2004/000388
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Steimer
Original Assignee
Abb Schweiz Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Abb Schweiz Ag filed Critical Abb Schweiz Ag
Priority to DE502004007066T priority Critical patent/DE502004007066D1/de
Priority to EP04738029A priority patent/EP1647089B1/de
Priority to US10/564,982 priority patent/US7313008B2/en
Priority to CA002532060A priority patent/CA2532060A1/en
Publication of WO2005008874A1 publication Critical patent/WO2005008874A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4837—Flying capacitor converters

Definitions

  • the invention relates to the field of power electronics. It is based on a converter circuit according to the preamble of the independent claims.
  • Inverter circuits are now used in a wealth of power electronic applications.
  • the requirements of such a converter circuit are, on the one hand, to generate as few harmonics as possible of an electrical alternating voltage network which is commonly connected to phases of the converter circuit and, on the other hand, to transmit the highest possible power with the smallest possible number of electronic components.
  • a suitable converter circuit is specified in WO 01/93412 A2.
  • a first switching group system is provided for each phase, which has a first main switching group formed by a power semiconductor switch and by a capacitor connected to the power semiconductor switch.
  • the power semiconductor switch of the first main switching group is connected by a bipolar transistor with isolated Ordinary drive electrode (IGBT - Insulated Gate Bipolartransistor) and formed by a bipolar transistor connected in anti-parallel diode.
  • the power semiconductor switch of the first main switching group is thus formed by an active drivable electronic component, namely the bipolar transistor, and additionally by the diode, so that with the power semiconductor switch thus formed a bidirectional current-carrying direction is made possible.
  • the first switching group system has at least one controllable power semiconductor switch connected in series and an intermediate switching group formed by a capacitor, wherein the or an intermediate switching group is connected to the first main switching group.
  • Each of the controllable power semiconductor switches of the intermediate switching group is likewise formed by a bipolar transistor with a drive electrode arranged in isolation and by a diode connected in antiparallel with the bipolar transistor.
  • the first switching group system comprises a second main switching group formed by a power semiconductor switch, wherein the or an intermediate switching group is connected to the second main switching group.
  • the power semiconductor switch of the second main switching group is also formed by a bipolar transistor with a drive electrode arranged in isolation and by a diode connected in antiparallel with the bipolar transistor.
  • the power semiconductor switch of the second main switching group is thus also formed by an active drivable electronic component, namely the bipolar transistor with isolated drive electrode, and additionally by the diode, wherein the power semiconductor switch thus formed also the already mentioned bidirectional current-carrying direction is enabled.
  • a problem with a converter circuit according to WO 01/93412 A2 is that the power semiconductor switch of the first main switching group and the second main switching group ne ne variety of electronic components, ie that the power semiconductor switch is formed by the bipolar transistor with isolated drive electrode and additionally by the diode ,
  • the large number of electronic components makes the inverter circuit complicated in structure, incurs high cost of the inverter circuit, and requires a great deal of space due to the electronic components themselves and their wiring.
  • the bipolar transistor with drive electrode arranged in isolation in the power semiconductor switch of the first and second main switching group it is furthermore necessary to provide corresponding drive circuits, whereby a high drive effort is necessary, the wiring further increased expenditure and additional space is required, so that the cost of a converter circuit according to WO 01/93412 A2 continue to increase. Due to the complicated structure of the converter circuit with the many electronic components, the high driving effort and the large amount of cabling, the converter circuit according to WO 01/93412 A2 is prone to failure, so that the availability of the converter circuit is small overall. In addition, the bipolar transistor with an electrically arranged drive electrode is an expensive and, due to its design, a fault-prone electronic component, so that the availability of the converter circuit drops further.
  • the converter circuit according to WO 01/93412 A2 operates in many operating applications of the converter circuit, such as in two-quadrant operating applications, uneconomical, since then the bipolar transistor with isolated drive electrode of the power semiconductor switch of the first and second main switching group is indeed driven, but current not at all or only very weakly loaded.
  • US 2003/0128563 A1 discloses an alternative converter circuit for at least one phase, which converter circuit has a switching group system provided for a single one of these phases, which has a first main switching group formed by a power semiconductor switch and by an associated capacitor connected to the power semiconductor switch Power semiconductor switch of the first main switching group is formed by a passive non-controllable electronic component with unidirectional current-carrying direction. Furthermore, the switching group system comprises a two series-connected controllable power semiconductor switch and formed by a capacitor intermediate switching group, wherein the intermediate switching group is connected to the first main switching group.
  • the switching group system has a second main switching group formed by a power semiconductor switch, wherein the power semiconductor switch of the second main switching group is formed by a passive non-controllable electronic component with unidirectional current carrying direction and the or an intermediate switching group is connected to the second main switching group.
  • a problem with a converter circuit according to US 2003/0128563 A1 is that the capacitor of the first main switching group and the capacitor of the intermediate switching group 7 only an extremely limited storage capacity of electrical energy of the entire converter circuit is reached. It follows that at the two capacitors unwanted voltage oscillations and current oscillations are present, which can be caused for example by a dynamic electrical load, which voltage oscillations and current oscillations can not be attenuated by the low storage capacity of the capacitors. The result is that harmonics occur at the phases of the converter circuit, which are extremely undesirable in an electrical alternating voltage network, which is usually connected to the phases.
  • the object of the invention is therefore to provide a converter circuit for at least one phase in which the largest possible amount of electrical energy can be stored. This object is solved by the features of claim 1 or claim 2. In the dependent claims advantageous developments of the invention are given.
  • the converter circuit according to the invention for at least one phase comprises for each phase a first switching group system which has a first main switching group formed by a power semiconductor switch and a capacitor connected to the power semiconductor switch, the power semiconductor switch of the first main switching group being formed by a passive non-controllable electronic component with unidirectional current-carrying direction is.
  • the first switching group system comprises at least one controllable power semiconductor switch connected in series and an intermediate switching group formed by a capacitor, wherein the or an intermediate switching group is connected to the first main switching group.
  • the first switching group system further comprises a second main switching group formed by a power semiconductor switch, wherein the power semiconductor switch of the second main switching group by a passive non-controllable electronic component with unidirectional
  • the first switching group systems of the phases are connected in parallel with each other in the case of several phases provided.
  • n further switching group systems are provided for each phase, where n> 1 and in each of the other n switching group systems, the intermediate switching group adjacent to the first main switching group is connected in series to the first main switching group and the intermediate switching group adjacent to the second main switching group is connected in series to the second main switching group is.
  • the first main switching group of the first switching group system and the first main switching groups of the other n switching group systems are then connected to each other in series, wherein the second main switching group of the first switching group system and the second main switching groups of the other n switching group systems are connected to each other in series.
  • the nth further switching group systems of the phases are connected in parallel with each other.
  • the power semiconductor switch of the first main switching group and the power semiconductor switch of the second main switching group is formed only by a passive non-controllable electronic component with unidirectional current-carrying direction and thus each without a further known from the prior art active controllable electronic component, such as a bipolar transistor with insulated arranged drive electrode, gets by, is a very few electronic components aus hearde and thus very simple and straightforward inverter circuit reached.
  • the inventive converter circuit is also inexpensive to implement and operate by the small number of electronic components, has a very low driving and cabling costs, thus requires little space and is characterized by a low susceptibility and thus by a high availability.
  • the converter circuit according to the invention can be operated very economically, since the power semiconductor switch of the first and second main switching group formed as a passive non-controllable electronic component with unidirectional current carrying direction is involved in the current conduction during operation of the converter circuit and is thus utilized to a high degree.
  • 6 shows a sixth embodiment of the inventive converter circuit
  • 7 shows a seventh embodiment of the inventive converter circuit
  • FIG. 10 shows an exemplary representation of the fourth embodiment according to FIG. 4 of the converter circuit according to the invention.
  • the converter circuit for at least one phase R, S, T comprises a first switching group system 1 provided for each phase R, S, T, which has a first main switching group 4 formed by a power semiconductor switch 2 and by a capacitor 3 connected to the power semiconductor switch 2. Furthermore, the first switching group system 1 has at least one controllable power semiconductor switch 5 connected in series and an intermediate switching group 7 formed by a capacitor 6, the or an intermediate switching group 7 being connected to the first main switching group 4.
  • the two series-connected controllable power semiconductor switches 5 of the intermediate switching group 7 are designed according to FIG. 1 as bipolar transistors with drive electrodes arranged in isolation and diodes connected in antiparallel.
  • the first switching group system 1 has a second main switching group 9 formed by a power semiconductor switch 8, wherein the or an intermediate switching group 7 is connected to the second main switching group 9.
  • the power semiconductor switch 2 of the first main switching group 4 is characterized by a passive non-controllable electrical Ronic component 11 with unidirectional current-carrying direction and the power semiconductor switch 8 of the second main switching group 9 also formed by a passive non-controllable electronic component 11 with unidirectional current-carrying direction.
  • the inventive converter circuit thus comes without a known active drivable electronic component, such as a bipolar transistor with insulated drive electrode for the first and second main switching group 4, 9, since the power semiconductor switch 2 of the first main switching group 4 and the power semiconductor switch 8 of the second main switching group 8 only is formed by a passive non-controllable electronic component 11 with unidirectional current-carrying direction.
  • This measure achieves a very simple and uncomplicated converter circuit with very few electronic components.
  • the converter circuit according to the invention is also inexpensive to implement and operate due to the small number of electronic components, has a very low drive and cabling complexity, requires only little space and is characterized by a low susceptibility to interference and thus high availability out.
  • the converter circuit according to the invention can be operated very economically, since the power semiconductor switch 2, 8 of the first and second main switching groups 4, 9 designed as a passive non-controllable electronic component 11 is involved in the current routing during operation of the converter circuit and thus in busy to a high mass.
  • the converter circuit according to the invention can be operated or used as a rectifier for a two-quadrant operation and as a phase shifter, for example for the compensation of reactive power.
  • the converter circuit according to the invention is used with a three-phase, inexpensive standard transformer on the phase side instead of 12-pulse, 18-pulse or 24-pulse rectifier circuits with complex special transformers.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the converter circuit according to the invention.
  • the power semiconductor switch 2 of the first main switching group 4 has another passive non-controllable electronic component. element 11 with unidirectional current-carrying direction, wherein the further electronic component 11 is connected in series with the existing electronic component 11.
  • the power semiconductor switch 8 of the second main switching group 9 likewise has a further passive non-controllable electronic component 11 with unidirectional current-carrying direction, the further electronic component 11 being connected in series with the existing electronic component 11.
  • the existing and the further passive non-controllable electronic component 11 according to FIG. 1 or according to FIG. 2 is a diode.
  • the diode is designed as a high-blocking diode, ie a diode with a high blocking voltage.
  • the series connection of the existing passive non-controllable electronic component 11 with unidirectional current-carrying direction to the further passive non-controllable electronic component 11 with unidirectional current-carrying direction with respect to the first and second main switching groups 4, 9 according to FIG. 2 further causes the voltage across both electronic components 11 divides and thus a total higher blocking capability of the inventive converter circuit can be achieved and thus a greater power can be transmitted by the inventive converter circuit.
  • one of the controllable power semiconductor switches 5 of each intermediate switching group 7 is connected to the capacitor 6 of the same intermediate switching group 7 in the first switching group system 1. Furthermore, the intermediate switching group 7 adjacent to the first main switching group 4 is connected in parallel to the first main switching group 4 and the intermediate switching group 7 adjacent to the second main switching group 9 is connected in parallel to the second main switching group 9.
  • the two embodiments of the inventive converter circuit according to FIG. 1 and FIG. 2 in a third embodiment of the inventive converter circuit according to FIG.
  • the intermediate switching group 7 adjacent to the second main switching group 9 is connected to the other of the two controllable power semiconductor switches 5 with the connection point of the two electronic components 11 of the second main switching group 9.
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of the converter circuit according to the invention.
  • the first switching group systems 1 of the phases R, S, T are connected in parallel, ie the capacitors 3 of the first main switching groups 4
  • the first switching group systems 1 of the phases R, S, T are connected to each other in parallel, and the capacitors 6 of the intermediate switching groups 7 of the first switching group systems 1 of the phases R, S, T are connected to each other in parallel.
  • the second main switching groups 9 of the first switching group systems 1 are also connected to one another.
  • FIG. 10 for better understanding, an exemplary representation of the fourth embodiment according to FIG.
  • a connection of an electrical device for example a charging device, to one of the capacitors 3 of the first main switching groups 4 or to one of the capacitors 6 of the intermediate switching groups 7 causes all capacitors 3 of the first main switching groups 4 or all capacitors 6 of the intermediate switching groups 7 are connected to the electrical device, so that a single connection of the electrical device to each of the capacitors of the first main switching groups 4 and to each of the capacitors 6 of the intermediate switching groups 7 can be advantageously eliminated.
  • At least one intermediate switching group 7, ie one or more intermediate switching groups 7, is provided in the first switching group system 1.
  • the intermediate switching groups 7 according to FIG Embodiment of FIG. 1 or FIG. 2 are formed.
  • the intermediate switching group 7 of FIG. 1 or FIG. 2 is a quadrupole, so that the concatenation each adjacent Eisenschaltement 7 is a concatenation of quadripoles.
  • FIG. 5 shows a fifth embodiment of the converter circuit according to the invention, wherein the first switching group systems 1 of the phases R, S, T with the corresponding first and second main switching groups 4, 9 and a plurality of intermediate switching groups 7 according to FIG. 1 or FIG are formed.
  • FIG. 6 shows a sixth embodiment of the converter circuit according to the invention, wherein the first switching group systems 1 of the phases R, S, T are formed with the corresponding first and second main switching groups 4, 9 and a plurality of intermediate switching groups 7 according to FIG.
  • three phases are shown, wherein in general any number of phases R, S, T is conceivable.
  • FIGS. 5 and 6 further switching group systems 10. 1,...
  • each of the n further switching group systems 10. 1,..., 10 n of the phases R, S, T is preferably in accordance with the first switching group system 1 according to FIG. 1 or FIG. 1 with respect to the first and second main switching groups 4, 9 and the intermediate switching group or groups 7 2, ie that in general each of the n further switching group systems 10.1,...
  • each of the n further switching group systems 10.1,... 10.n of the phases R, S, T has at least one switchable power semiconductor switch 5 connected in series and an intermediate switching group 7 formed by a capacitor 6, the or an intermediate switching group 7 having the first Hauptschait- group 4 is connected. Furthermore, each of the n further switching group systems 10.1,...
  • the second main switching group 9 formed by a power semiconductor switch, wherein the power semiconductor switch 8 of the second main switching group 9 is formed by a passive non-controllable electronic component 11 with unidirectional Current control direction is formed and the or an intermediate switching group 7 is connected to the second main switching group 9.
  • the power semiconductor switch 8 of the second main switching group 9 is formed by a passive non-controllable electronic component 11 with unidirectional Current control direction is formed and the or an intermediate switching group 7 is connected to the second main switching group 9.
  • a connection of an electrical device for example a charging device, to one of the capacitors 3 of the first main switching groups 4 or to one of the capacitors 6 of the intermediate switching groups 7 causes all capacitors 3 of the first main switching groups 4 or all capacitors 6 of the intermediate switching groups 7 to the electrical device are connected so that a single connection of the electrical device to each of the capacitors of the first main switching groups 4 and to each of the capacitors 6 of the intermediate switching groups 7 can be eliminated advantageously.
  • n 1 further switching group systems 10. 1,..., 10 n, as an example in a seventh, in particular single-phase, embodiment of the converter circuit according to FIG. 7 and in an eighth, in particular also single-phase, embodiment of the converter circuit according to FIG.
  • the capacitor 3 of the first main switching group 4 of the first switching group system 1 and the capacitor 6 of the intermediate switching group 7 of the first switching group pensystems 1 each half the DC voltage of the capacitor 3 of the first main switching group 4 of the first further switching group system 10.1 and the capacitor 6 of the intermediate switching group 7 of the first further switching group system 10.1.
  • the power semiconductor switches 2, 5, 8 and the capacitors 3, 6 of the first switching group system 1 are advantageously relieved.
  • a multiplicity of switching levels can thereby be generated, whereby an effective reduction of harmonics on the phase side can be achieved very advantageously.
  • the first switching group system 1 corresponds to the switching group system 1 according to FIG. 3 described in detail above.
  • the first further switching group system 10.1 according to FIG. 7 corresponds to the switching group system 1 according to FIG. 2 described in detail above, wherein it is naturally also conceivable that the first further switching group system 10.1 according to FIG. 7 is designed like the switching group system 1 according to FIG. 1 described in detail above.
  • the first switching group system 1 and the first further switching group system 10.1 correspond to the switching group system 1 according to FIG. 2 described in detail above, wherein it is of course also conceivable that the first switching group system 1 and the first further switching group system 10.1 according to FIG previously described in detail switching group system 1 according to FIG. 1 is formed.
  • the number of intermediate switching groups 7 of each switching group system 10.1,... 10.n corresponds to the further n switching group systems 10 first switching group system 1, wherein in each of the n further switching group systems 10.1, ... 10.n in the case of several provided intermediate switching groups 7 respectively adjacent intermediate switching groups 7 are connected to each other in series.
  • each intermediate switching group 7 of the first further switching group system 10.1 is connected in series with in each case one intermediate switching group 7 of the first switching group system 1.
  • n 1, wherein the converter circuit is designed in particular in a single-phase configuration.
  • the first switching group system 1 and the first further switching group system 10.1 correspond to the switching group system 1 described in detail above according to FIG. 7, wherein it is of course also conceivable that the first switching group system 1 and the first further switching group system 10.1 of FIG. 9 as the switching group system 1 described in detail above according to FIG. 1 is formed with a plurality of intermediate switching groups 7.
  • the first switching group system 1 according to FIG. 9 to be designed like the switching group system 1 described in detail in FIG. 3 with a plurality of intermediate switching groups 7 and the first further switching group system 10.1 according to FIG. 9 for the switching group system 1 described in detail above 1 with a plurality of intermediate switching groups 7 is formed.
  • each intermediate switching group 7 of the nth further switching group system 10.2,... 10.n is connected in series, each with an intermediate switching group 7 of the (n -1) -th switching group system 10.2, ... 10.n connected.
  • the advantage that generally corresponds to the number of intermediate switching groups 7 of each group of switching groups 10.1, ... 10.n of n further switching group systems 10.1, ... 10.n the number of intermediate switching groups 7 of the first switching group system 1, is that a symmetrical
  • modular design of the converter circuit can be achieved, so that the converter circuit can be easily and quickly adapted and thus adapted to a wide variety of circuit requirements.
  • the power to be transmitted can be increased by a higher one above the respective nth switching group systems 10.
  • n applied DC voltage can be increased because this DC voltage divided into individual DC voltages according to the capacitor 3 of the associated first main switching group 4 and to the capacitors 6 of the plurality of intermediate switching groups 7.
  • an increase in the number of switching levels is achieved by the plurality, which can be achieved very advantageously a further reduction of harmonics on the phase side of the converter circuit.
  • controllable power semiconductor switches 5 of the intermediate switching group 7 according to the embodiments of the converter circuit according to FIGS. 1 to 10 are designed as bipolar transistors with drive electrodes arranged in isolation and diodes connected in antiparallel.
  • bipolar transistors By means of these bipolar transistors, it is advantageously possible lent, by appropriate control of the bipolar transistors, ie when turning on the bipolar transistors, the current gradient di / dt the diode of the first and second main switching group 4, 9 according to FIG. 1 and FIG. 10 or the diodes of the first and the second main switching group 4, 9 according to FIG. 2, FIG. 3, FIG. 7, FIG. 8 and FIG. 9 in a controlled manner and thus advantageously to protect the respective diode from damage or even destruction.
  • the converter circuit according to the invention represents a solution which is characterized by few components and thus uncomplicated, robust and less susceptible to interference, at the same time enabling the transmission of large powers
  • I first switching group system 2 power semiconductor switch of the first main switching group

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

Es wird eine Umrichterschaltung für mindestens eine Phase (R, S, T) angegeben, die ein für jede Phase (R, S, T) vorgesehenes erstes Schaltgruppensystem (1) umfasst, welches eine durch einen Leistungshalbleiterschalter (2) und durch einen mit dem Leistungshalbleiter­schalter (2) verbundenen Kondensator (3) gebildete erste Hauptschaltgruppe (4) aufweist, und welches mindestens eine durch zwei in Serie geschaltete ansteuerbare Leistungshalblei­terschalter (5) und durch einen Kondensator (6) gebildete Zwischenschaltgruppe (7) auf­weist, wobei die oder eine Zwischenschaltgruppe (7) mit der ersten Hauptschaltgruppe (4) verbunden ist. Weiterhin weist das erste Schaltgruppensystem eine durch einen Leistungs­halbleiterschalter (8) gebildete zweite Hauptschaltgruppe (9) auf, wobei die oder eine Zwischenschaltgruppe (7) mit der zweiten Hauptschaltgruppe (9) verbunden ist. Zur Vereinfa­chung und zur Verringerung der Störanfälligkeit der Umrichterschaltung ist der Leistungshalbleiterschalter (2) der ersten Hauptschaltgruppe (4) und der Leistungshalbleiterschalter (8) der zweiten Hauptschaltgruppe (9) jeweils nur durch ein passives nicht ansteuerbares elektronisches Bauelement (1) mit unidirektionaler Stromführungsrichtung gebildet. Zur Er­höhung der Speicherfähigkeit von elektrischer Energie sind bei mehreren Phasen (R, S, T) die ersten Schaltgruppensysteme (1) der Phasen (R, S, T) parallel miteinander verbunden .

Description

Umrichterschaltung
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Leistungselektronik. Sie geht aus von einer Umrichterschaltung gemäss dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Umrichterschaltungen werden heute in einer Fülle von leistungselektronischen Anwendungen eingesetzt. Die Anforderungen an eine solche Umrichterschaltung sind dabei zum einen, möglichst wenig Oberschwingungen eines an Phasen der Umrichterschaltung gängigerweise angeschlossenen elektrischen Wechselspannungsnetzes zu erzeugen und zum anderen mit einer möglichst geringen Anzahl an elektronischen Bauelementen möglichst grosse Leistun- gen zu übertragen. Eine geeignete Umrichterschaltung ist in der WO 01/93412 A2 angegeben. Darin ist ein erstes Schaltgruppensystem für jede Phase vorgesehen, welches eine durch einen Leistungshalbleiterschalter und durch einen mit dem Leistungshalbleiterschalter verbundenen Kondensator gebildete erste Hauptschaltgruppe aufweist. Der Leistungshalbleiterschalter der ersten Hauptschaltgruppe ist durch einen Bipolartransistor mit isoliert ange- ordneter Ansteuerelektrode (IGBT - Insulated Gate Bipolartransistor) und durch eine dem Bipolartransistor antiparallel geschaltete Diode gebildet. Der Leistungshalbleiterschalter der ersten Hauptschaltgruppe ist somit durch ein aktives ansteuerbares elektronisches Bauelement, nämlich dem Bipolartransistor, und zusätzlich durch die Diode gebildet, so dass mit dem derart gebildeten Leistungshalbleiterschalter eine bidirektionale Stromführungsrichtung ermöglicht ist. Weiterhin weist das erste Schaltgruppensystem mindestens eine durch zwei in Serie geschaltete ansteuerbare Leistungshalbleiterschalter und durch einen Kondensator gebildete Zwischenschaltgruppe auf, wobei die oder eine Zwischenschaltgruppe mit der ersten Hauptschaltgruppe verbunden ist. Jeder der ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter der Zwischenschaltgruppe ist ebenfalls durch einen Bipolartransistor mit isoliert angeordneter Ansteuerelektrode und durch eine dem Bipolartransistor antiparallel geschaltete Diode gebildet. Ferner umfasst das erste Schaltgruppensystem eine durch einen Leistungshalbleiterschalter gebildete zweite Hauptschaltgruppe, wobei die oder eine Zwischenschaltgruppe mit der zweiten Hauptschaltgruppe verbunden ist. Der Leistungshalbleiterschalter der zweiten Hauptschaltgruppe ist auch durch einen Bipolartransistor mit isoliert angeordneter Ansteuerelektrode und durch eine dem Bipolartransistor antiparallel geschaltete Diode gebildet. Der Leistungshalbleiterschalter der zweiten Hauptschaltgruppe ist somit auch durch ein aktives ansteuerbares elektronisches Bauelement, nämlich dem Bipolartransistor mit isoliert angeordneter Ansteuerelektrode, und zusätzlich durch die Diode gebildet, wobei mit dem derart gebildeten Leistungshalbleiterschalter ebenfalls die bereits erwähnte bidirektionale Stromführungsrichtung ermöglicht ist.
Problematisch bei einer Umrichterschaltung nach der WO 01/93412 A2 ist, dass der Leistungshalbleiterschalter der ersten Hauptschaltgruppe und der zweiten Hauptschaltgruppe ei- ne Vielzahl an elektronischen Bauelementen aufweisen, d.h. dass der Leistungshalbleiterschalter durch den Bipolartransistor mit isoliert angeordneter Ansteuerelektrode und zusätzlich durch die Diode gebildet ist. Die grosse Anzahl an elektronischen Bauelementen macht die Umrichterschaltung bezüglich ihres Aufbaus kompliziert, verursacht hohe Kosten der Umrichterschaltung und erfordert einen enormen Platzbedarf aufgrund der elektronischen Bau- elemente selbst und aufgrund deren Verkabelung. Durch den Einsatz des Bipolartransistors mit isoliert angeordneter Ansteuerelektrode im Leistungshalbleiterschalter der ersten und zweiten Hauptschaltgruppe ist es desweiteren notwendig, entsprechende Ansteuerschaltungen vorzusehen, wodurch ein hoher Ansteueraufwand notwendig ist, sich der Verkabelungs- aufwand weiter erhöht und zusätzlicher Platzbedarf notwendig ist, so dass die Kosten für eine Umrichterschaltung nach der WO 01/93412 A2 weiter ansteigen. Durch den komplizierten Aufbau der Umrichterschaltung mit den vielen elektronischen Bauelementen, den hohen Ansteueraufwand und den grossen Verkabelungsaufwand ist die Umrichterschaltung nach der WO 01/93412 A2 störanfällig, so dass die Verfügbarkeit der Umrichterschaltung insgesamt klein ist. Zudem ist der Bipolartransistor mit isoliert angeordneter Ansteuerelektrode ein teueres und, durch seine Bauart bedingt, ein störanfälliges elektronisches Bauelement, so dass die Verfügbarkeit der Umrichterschaltung weiter absinkt.
Darüber hinaus arbeitet die Umrichterschaltung nach der WO 01/93412 A2 in vielen Betriebsanwendungen der Umrichterschaltung, wie beispielsweise bei Zwei-Quadranten- Betriebsanwendungen, unwirtschaftlich, da dann der Bipolartransistor mit isoliert angeordneter Ansteuerelektrode des Leistungshalbleiterschalters der ersten und zweiten Hauptschaltgruppe zwar angesteuert wird, aber strommässig überhaupt nicht oder nur sehr schwach be- lastet wird.
In der US 2003/0128563 A1 ist eine alternative Umrichterschaltung für mindestens eine Phase angegeben, welche Umrichterschaltung ein für eine einzige dieser Phasen vorgesehenes Schaltgruppensystem aufweist, welches eine durch einen Leistungshalbleiterschalter und durch einen mit dem Leistungshalbleiterschalter verbundenen zugehörigen Kondensator gebildete erste Hauptschaltgruppe aufweist, wobei der Leistungshalbleiterschalter der ersten Hauptschaltgruppe durch ein passives nicht ansteuerbares elektronisches Bauelement mit unidirektionaler Stromführungsrichtung gebildet ist. Weiterhin weist das Schaltgruppensystem eine durch zwei in Serie geschaltete ansteuerbare Leistungshalbleiterschalter und durch einen Kondensator gebildete Zwischenschaltgruppe auf, wobei die Zwischenschaltgruppe mit der ersten Hauptschaltgruppe verbunden ist. Ferner weist das Schaltgruppensystem eine durch einen Leistungshalbleiterschalter gebildete zweite Hauptschaltgruppe auf, wobei der Leistungshalbleiterschalter der zweiten Hauptschaltgruppe durch ein passives nicht ansteuerbares elektronisches Bauelement mit unidirektionaler Stromführungsrichtung gebildet ist und die oder eine Zwischenschaltgruppe mit der zweiten Hauptschaltgruppe verbunden ist.
Problematisch bei einer Umrichterschaltung nach der US 2003/0128563 A1 ist, dass durch den Kondensator der ersten Hauptschaltgruppe und durch den Kondensator der Zwischen- schaltgruppe 7 nur eine äusserst begrenzte der Speicherfähigkeit von elektrischer Energie der gesamten Umrichterschaltung erreicht ist. Daraus folgt, dass an den beiden Kondensatoren unerwünschte Spannungsschwingungen und Stromschwingungen vorliegen, welche beispielsweise von einer dynamischen elektrische Last hervorgerufen werden können, welche Spannungsschwingungen und Stromschwingungen durch die geringe Speicherfähigkeit der Kondensatoren nicht gedämpft werden können. Die Folge ist dann, dass Oberschwingungen an den Phasen der Umrichterschaltung auftreten, die äusserst unerwünscht in einem üblicherweise an die Phasen angeschlossenen elektrischen Wechselspannungsnetz sind.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Umrichterschaltung für mindestens eine Phase anzugeben, bei welcher sich ein möglichst grosses Mass an elektrischer Energie speichern lässt. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 beziehungsweise des Anspruchs 2 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Die erfindungsgemässe Umrichterschaltung für mindestens eine Phase umfasst für jede Phase ein erstes Schaltgruppensystem, welches eine durch einen Leistungshalbleiterschalter und durch einen mit dem Leistungshalbleiterschalter verbundenen Kondensator gebildete erste Hauptschaltgruppe aufweist, wobei der Leistungshalbleiterschalter der ersten Hauptschaltgruppe durch ein passives nicht ansteuerbares elektronisches Bauelement mit unidirektionaler Stromführungsrichtung gebildet ist. Zudem umfasst das erste Schaltgruppensys- tem mindestens eine durch zwei in Serie geschaltete ansteuerbare Leistungshalbleiterschalter und durch einen Kondensator gebildete Zwischenschaltgruppe, wobei die oder eine Zwischenschaltgruppe mit der ersten Hauptschaltgruppe verbunden ist. Das erste Schaltgruppensystem weist weiterhin eine durch einen Leistungshalbleiterschalter gebildete zweite Hauptschaltgruppe auf, wobei der Leistungshalbleiterschalter der zweiten Hauptschaltgruppe durch ein passives nicht ansteuerbares elektronisches Bauelement mit unidirektionaler
Stromführungsrichtung gebildet ist und die oder eine Zwischenschaltgruppe mit der zweiten Hauptschaltgruppe verbunden ist. Erfindungsgemäss sind bei vorgesehenen mehreren Phasen die ersten Schaltgruppensysteme der Phasen parallel miteinander verbunden. Alternativ dazu sind erfindungsgemäss für jede Phase n weitere Schaltgruppensysteme vorgesehen sind, wobei n > 1 ist und bei jedem der n weiteren Schaltgruppensysteme die der ersten Hauptschaltgruppe benachbarte Zwischenschaltgruppe in Serie zur ersten Hauptschaltgruppe geschaltet ist und die der zweiten Hauptschaltgruppe benachbarte Zwischenschaltgruppe in Serie zur zweiten Hauptschaltgruppe geschaltet ist. Die erste Hauptschaltgruppe des ersten Schaltgruppensystems und die ersten Hauptschaltgruppen der n weiteren Schaltgruppensysteme sind dann zueinander in Serie geschaltet, wobei die zweite Hauptschaltgruppe des ersten Schaltgruppensystems und die zweiten Hauptschaltgruppen der n weiteren Schaltgruppensysteme zueinander in Serie geschaltet sind. Bei mehreren Phasen sind die n- ten weiteren Schaltgruppensysteme der Phasen parallel miteinander verbunden. Durch Parallelschaltung der ersten Schaltgruppensysteme der Phasen beziehungsweise der n-ten weiteren Schaltgruppensysteme der Phasen, d.h. der Kondensatoren der ersten Hauptschaltgruppen der ersten Schaltgruppensysteme beziehungsweise der n-ten weiteren Schaltgruppensysteme sowie der Kondensatoren der Zwischenschaltgruppen der ersten Schaltgruppensysteme beziehungsweise der n-ten weiteren Schaltgruppensysteme, kann vorteilhaft eine Erhöhung der Speicherfähigkeit von elektrischer Energie der gesamten Umrichterschaltung erreicht werden, insbesondere da sich die Kapazitätswerte der parallel geschalteten Kondensatoren addieren. Darüber hinaus können durch die Parallelschaltung der Kondensatoren der ersten Hauptschaltgruppen und der Kondensatoren der Zwischenschalt- gruppen unerwünschte Schwingungen der Spannung und des Stromes an den parallel geschalteten Kondensatoren der ersten Hauptschaltgruppen und an den parallel geschalteten Kondensatoren der Zwischenschaltgruppen gedämpft und somit vorteilhaft nahezu vermieden werden. Solche unerwünschten Schwingungen treten dann auch weitestgehend nicht an den Phasen der Umrichterschaltung und damit schlussendlich auch nahezu nicht in einem üblicherweise an die Phasen angeschlossenen elektrischen Wechselspannungsnetz auf.
Dadurch, dass der Leistungshalbleiterschalter der ersten Hauptschaltgruppe und der Leistungshalbleiterschalter der zweiten Hauptschaltgruppe jeweils nur durch ein passives nicht ansteuerbares elektronisches Bauelement mit unidirektionaler Stromführungsrichtung gebil- det ist und somit jeweils ohne ein aus dem Stand der Technik ferner bekanntes aktives ansteuerbares elektronisches Bauelement, beispielsweise einen Bipolartransistor mit isoliert angeordneter Ansteuerelektrode, auskommt, ist eine mit sehr wenigen elektronischen Bauelementen auskommende und damit sehr einfache und unkomplizierte Umrichterschaltung erreicht. Desweiteren ist die erfindungsgemässe Umrichterschaltung durch die geringe Anzahl an elektronischen Bauelementen zudem kostengünstig zu realisieren und zu betreiben, weist einen sehr geringen Ansteuer- und Verkabelungsaufwand auf, benötigt dadurch nur wenig Platz und zeichnet sich durch eine geringe Störanfälligkeit und damit durch eine hohe Verfügbarkeit aus.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemässe Umrichterschaltung sehr wirtschaftlich betrieben werden, da der als passives nicht ansteuerbares elektronisches Bauelement mit unidirektionaler Stromführungsrichtung ausgebildete Leistungshalbleiterschalter der ersten und zweiten Hauptschaltgruppe beim Betrieb der Umrichterschaltung an der Stromführung beteiligt ist und somit in einem hohen Masse ausgelastet ist.
Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Umrichterschaltung,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemässen Umrichterschaltung,
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemässen Umrichterschaltung,
Fig. 4 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemässen Umrichterschaltung,
Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemässen Umrichterschaltung,
Fig. 6 eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemässen Umrichterschaltung, Fig. 7 eine siebte Ausführungsform der erfindungsgemässen Umrichterschaltung,
Fig. 8 eine achte Ausführungsform der erfindungsgemässen Umrichterschaltung,
Fig. 9 eine neunte Ausführungsform der erfindungsgemässen Umrichterschaltung und
Fig. 10 eine beispielhafte Darstellung der vierten Ausführungsform gemäss Fig. 4 der erfindungsgemässen Umrichterschaltung.
Die in der Zeichnung verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die beschriebenen Ausführungsformen stehen beispielhaft für den Erfindungsgegenstand und haben keine beschränkende Wirkung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In Fig. 1 ist eine, insbesondere einphasige, erste Ausführungsform einer erfindungsgemäs- sen Umrichterschaltung gezeigt. Darin umfasst die Umrichterschaltung für mindestens eine Phase R, S, T ein für jede Phase R, S, T vorgesehenes erstes Schaltgruppensystem 1 , welches eine durch einen Leistungshalbleiterschalter 2 und durch einen mit dem Leistungshalbleiterschalter 2 verbundenen Kondensator 3 gebildete erste Hauptschaltgruppe 4 aufweist. Ferner weist das erste Schaltgruppensystem 1 mindestens eine durch zwei in Serie geschal- tete ansteuerbare Leistungshalbleiterschalter 5 und durch einen Kondensator 6 gebildete Zwischenschaltgruppe 7 auf, wobei die oder eine Zwischenschaltgruppe 7 mit der ersten Hauptschaltgruppe 4 verbunden ist. Die zwei in Serie geschalteten ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter 5 der Zwischenschaltgruppe 7 sind gemäss Fig. 1 jeweils als Bipolartransistoren mit isoliert angeordneten Ansteuerelektroden und antiparallel geschalteten Dioden ausgeführt. Zudem weist das erste Schaltgruppensystem 1 eine durch einen Leistungshalbleiterschalter 8 gebildete zweite Hauptschaltgruppe 9 auf, wobei die oder eine Zwischenschaltgruppe 7 mit der zweiten Hauptschaltgruppe 9 verbunden ist. Der Leistungshalbleiterschalter 2 der ersten Hauptschaltgruppe 4 ist durch ein passives nicht ansteuerbares elekt- ronisches Bauelement 11 mit unidirektionaler Stromführungsrichtung und der Leistungshalbleiterschalter 8 der zweiten Hauptschaltgruppe 9 ebenfalls durch ein passives nicht ansteuerbares elektronisches Bauelement 11 mit unidirektionaler Stromführungsrichtung gebildet.
Die erfindungsgemässe Umrichterschaltung kommt somit ohne ein bekanntes aktives ansteuerbares elektronisches Bauelement, beispielsweise einen Bipolartransistor mit isoliert angeordneter Ansteuerelektrode, für die erste und zweite Hauptschaltgruppe 4, 9 aus, da der Leistungshalbleiterschalter 2 der ersten Hauptschaltgruppe 4 und der Leistungshalbleiterschalter 8 der zweiten Hauptschaltgruppe 8 jeweils nur durch ein passives nicht ansteuerba- res elektronisches Bauelement 11 mit unidirektionaler Stromführungsrichtung gebildet ist. Durch diese Massnahme ist eine mit sehr wenigen elektronischen Bauelementen auskommende und damit sehr einfache und unkomplizierte Umrichterschaltung erreicht. Ferner ist die erfindungsgemässe Umrichterschaltung durch die geringe Anzahl an elektronischen Bauelementen zudem kostengünstig zu realisieren und zu betreiben, weist einen sehr gerin- gen Ansteuer- und Verkabelungsaufwand auf, benötigt dadurch nur wenig Platz und zeichnet sich durch eine geringe Störanfälligkeit und damit durch eine hohe Verfügbarkeit aus.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemässe Umrichterschaltung sehr wirtschaftlich betrieben werden, da der als passives nicht ansteuerbares elektronisches Bauelement 11 mit uni- direktionaler Stromführungsrichtung ausgebildete Leistungshalbleiterschalter 2, 8 der ersten und zweiten Hauptschaltgruppe 4, 9 beim Betrieb der Umrichterschaltung an der Stromführung beteiligt ist und somit in einem hohen Masse ausgelastet ist.
Die erfindungsgemässe Umrichterschaltung ist für einen Zweiquadrantenbetrieb als Gleich- richter und als Phasenschieber beispielsweise zur Kompensation von Blindleistung betreibbar beziehungsweise einsetzbar. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäss Umrichterschaltung mit einem dreiphasigen, preiswerten Standardtransformator auf der Phasenseite an Stelle von 12-pulsigen, 18-pulsigen oder 24-pulsigen Gleichrichterschaltungen mit aufwändigen Spezialtransformatoren eingesetzt.
In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemässen Umrichterschaltung gezeigt. Darin weist beim ersten Schaltgruppensystem 1 der Leistungshalbleiterschalter 2 der ersten Hauptschaltgruppe 4 ein weiteres passives nicht ansteuerbares elektronisches Bau- element 11 mit unidirektionaler Stromführungsrichtung auf, wobei das weitere elektronische Bauelement 11 in Serie zum bestehenden elektronischen Bauelement 11 geschaltet ist. Zudem weist gemäss Fig. 2 beim ersten Schaltgruppensystem 1 der Leistungshalbleiterschalter 8 der zweiten Hauptschaltgruppe 9 ebenfalls ein weiteres passives nicht ansteuerbares elekt- ronisches Bauelement 11 mit unidirektionaler Stromführungsrichtung auf, wobei das weitere elektronische Bauelement 11 in Serie zum bestehenden elektronischen Bauelement 11 geschaltet ist. Vorzugsweise ist das bestehende und das weitere passive nicht ansteuerbare elektronische Bauelement 11 gemäss Fig. 1 beziehungsweise gemäss Fig. 2 eine Diode. In Fig. 1 ist die Diode als hochsperrende Diode, d.h. eine Diode mit einer hohen Sperrspan- nung, ausgebildet. Die Serienschaltung des bestehenden passiven nicht ansteuerbarenelekt- ronischen Bauelementes 11 mit unidirektionaler Stromführungsrichtung mit dem weiteren passiven nicht ansteuerbarenelektronischen Bauelementes 11 mit unidirektionaler Stromführungsrichtung bezüglich der ersten und zweiten Hauptschaltgruppe 4, 9 gemäss Fig. 2 bewirkt weiterhin, dass sich die Spannung über beiden elektronischen Bauelementen 11 aufteilt und somit insgesamt eine höhere Sperrfähigkeit der erfindungsgemässen Umrichterschaltung erreicht werden kann und damit eine grössere Leistung durch die erfindungsgemässe Umrichterschaltung übertragen werden kann.
Bei den in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Ausführungsformen der erfindungsgemässen Umricht- erschaltung ist beim ersten Schaltgruppensystem 1 einer der ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter 5 einer jeden Zwischenschaltgruppe 7 mit dem Kondensator 6 derselben Zwischenschaltgruppe 7 verbunden. Desweiteren ist die der ersten Hauptschaltgruppe 4 benachbarte Zwischenschaltgruppe 7 parallel zur ersten Hauptschaltgruppe 4 geschaltet und die der zweiten Hauptschaltgruppe 9 benachbarte Zwischenschaltgruppe 7 parallel zur zwei- ten Hauptschaltgruppe 9 geschaltet. Im Unterschied zu den beiden Ausführungsformen der erfindungsgemässen Umrichterschaltung nach Fig. 1 und Fig. 2 ist bei einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemässen Umrichterschaltung gemäss Fig. 3 beim ersten Schaltgruppensystem 1 der Verbindungspunkt der beiden ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter 5 einer jeden Zwischenschaltgruppe 7 mit dem Kondensator 6 derselben Zwischenschalt- gruppe 7 verbunden, wobei die der ersten Hauptschaltgruppe 4 benachbarte Zwischenschaltgruppe 7 mit dem einen der beiden ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter 5 mit dem Verbindungspunkt der beiden elektronischen Bauelemente 11 der ersten Hauptschaltgruppe 4 verbunden ist. Darüber hinaus ist gemäss Fig. 3 beim ersten Schaltgruppensystem 1 die der zweiten Hauptschaltgruppe 9 benachbarte Zwischenschaltgruppe 7 mit dem anderen der beiden ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter 5 mit dem Verbindungspunkt der beiden elektronischen Bauelemente 11 der zweiten Hauptschaltgruppe 9 verbunden.
In Fig. 4 ist eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemässen Umrichterschaltung gezeigt. Darin sind bei mehreren Phasen R, S, T, insbesondere bei den in Fig. 4 gezeigten drei Phasen R, S, T, die ersten Schaltgruppensysteme 1 der Phasen R, S, T parallel miteinander verbunden, d.h. die Kondensatoren 3 der ersten Hauptschaltgruppen 4 der ersten Schaltgruppensysteme 1 der Phasen R, S, T sind miteinander parallel verbunden und die Konden- satoren 6 der Zwischenschaltgruppen 7 der ersten Schaltgruppensysteme 1 der Phasen R, S, T sind miteinander parallel verbunden. Gemäss Fig. 4 sind die zweiten Hauptschaltgruppen 9 der ersten Schaltgruppensysteme 1 zudem miteinander verbunden. In Fig. 10 ist zum besseren Verständnis dazu eine beispielhafte Darstellung der vierten Ausführungsform gemäss Fig. 4 der erfindungsgemässen Umrichterschaltung mit ersten Schaltgruppensystemen 1 gemäss Fig. 1 gezeigt. Mittels der Parallelschaltung der ersten Schaltgruppensysteme 1 der Phasen R, S, T, d.h. der Kondensatoren 3 der ersten Hauptschaltgruppen 4 und der Kondensatoren 6 der Zwischenschaltgruppen 7 wird vorteilhaft eine Erhöhung der Speicherfähigkeit von elektrischer Energie der gesamten Umrichterschaltung erreicht. Darüber hinaus kann durch die Parallelschaltung der Kondensatoren 3 der ersten Hauptschaltgruppen 4 und der Kondensatoren 6 der Zwischenschaltgruppen 7 unerwünschte Schwingungen der Spannung und des Stromes an den parallel geschalteten Kondensatoren 3 der ersten Hauptschaltgruppen 4 und an den parallel geschalteten Kondensatoren 6 der Zwischenschaltgruppen 7 gedämpft und somit vorteilhaft weitestgehend vermieden werden. Solche unerwünschten Schwingungen treten dann auch weitestgehend nicht an den Phasen R, S, T der Um- richterschaltung und damit schlussendlich auch nahezu nicht in einem üblicherweise an die Phasen angeschlossenen elektrischen Wechselspannungsnetz auf. Zudem bewirkt ein An- schluss einer elektrischen Einrichtung, beispielsweise einer Ladeeinrichtung, an einen der Kondensatoren 3 der ersten Hauptschaltgruppen 4 beziehungsweise an einen der Kondensatoren 6 der Zwischenschaltgruppen 7, dass alle Kondensatoren 3 der ersten Hauptschalt- gruppen 4 beziehungsweise alle Kondensatoren 6 der Zwischenschaltgruppen 7 an die elektrische Einrichtung angeschlossen sind, so dass ein einzelnes Anschliessen der elektrischen Einrichtung an jeden der Kondensatoren der ersten Hauptschaltgruppen 4 beziehungsweise an jeden der Kondensatoren 6 der Zwischenschaltgruppen 7 vorteilhaft entfallen kann. Wie vorstehend bereits erwähnt, ist bei der erfindungsgemässen Umrichterschaltung beim ersten Schaltgruppensystem 1 mindestens eine Zwischenschaltgruppe 7, d.h. eine oder mehrere Zwischenschaltgruppen 7 vorgesehen. Gemäss den Ausführungsformen nach Fig. 5, Fig. 6 und Fig. 9 der erfindungsgemässen Umrichterschaltung, welche nachfolgend detailliert erläutert werden, sind im Falle mehrerer vorgesehener Zwischenschaltgruppen 7 beim ersten Schaltgruppensystem 1 jeweils benachbarte Zwischenschaltgruppen 7 verkettet miteinander verbunden, wobei die Zwischenschaltgruppen 7 gemäss der Ausführungsform nach Fig. 1 oder Fig. 2 ausgebildet sind. Bei der Zwischenschaltgruppe 7 nach Fig. 1 oder Fig. 2 handelt es sich um einen Vierpol, so dass die Verkettung jeweils benachbarte Zwischenschaltgruppen 7 eine Verkettung von Vierpolen ist. Es versteht sich, dass die vorstehend genannte Verkettung jeweils benachbarter Zwischenschaltgruppen 7 beim ersten Schaltgruppensystem 1 auch mit den nach Fig. 3 ausgeführten Zwischenschaltgruppen 7 des ersten Schaltgruppensystems 1 möglich ist. Durch die Vielzahl an Zwischenschaltgruppen 7 beim ersten Schaltgruppensystem 1 kann die zu übertragende Leistung durch eine höhere über dem ersten Schaltgruppensystem 1 anliegende Gleichspannung erhöht werden, da sich diese Gleichspannung in einzelne Gleichspannungen entsprechend dem Kondensator 3 der zugehörigen ersten Hauptschaltgruppe 4 sowie an den Kondensatoren 6 der Vielzahl an Zwischenschaltgruppen 7 aufteilt. Darüber hinaus wird durch die Vielzahl eine Erhöhung der Anzahl an Schaltniveaus erzielt, wodurch sehr vorteilhaft eine weitere Reduzierung von Oberschwingungen auf der Phasenseite der Umrichterschaltung erreicht werden kann.
In Fig. 5 ist eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemässen Umrichterschaltung gezeigt, wobei darin die ersten Schaltgruppensysteme 1 der Phasen R, S, T mit den entspre- chenden ersten und zweiten Hauptschaltgruppen 4, 9 und mehreren Zwischenschaltgruppen 7 nach Fig. 1 oder Fig. 2 ausgebildet sind. Weiterhin ist in Fig. 6 eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemässen Umrichterschaltung gezeigt, wobei darin die ersten Schaltgruppensysteme 1 der Phasen R, S, T mit den entsprechenden ersten und zweiten Hauptschaltgruppen 4, 9 und mehreren Zwischenschaltgruppen 7 nach Fig. 3 ausgebildet sind. Beispielhaft sind bei der fünften Ausführungsform nach Fig. 5 und bei der sechsten Ausführungsform nach Fig. 6 drei Phasen gezeigt, wobei allgemein eine beliebige Anzahl an Phasen R, S, T denkbar ist. Gemäss Fig. 5 und Fig. 6 sind für jede Phase R, S, T n weitere Schaltgruppensysteme 10.1 ,...10.n vorgesehen, wobei n > 1 ist und bei jedem der n weiteren Schaltgruppensysteme 10.1,...10.n einer der ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter 5 einer jeden Zwischenschaltgruppe 7 mit dem Kondensator 6 derselben Zwischenschaltgruppe 7 verbunden ist und die der ersten Hauptschaltgruppe 4 benachbarte Zwischenschaltgruppe 7 in Serie zur ersten Hauptschaltgruppe 4 geschaltet ist und die der zweiten Hauptschalt- gruppe 9 benachbarte Zwischenschaltgruppe 7 in Serie zur zweiten Hauptschaltgruppe 9 geschaltet ist. Weiterhin sind gemäss Fig. 5 und Fig. 6 die erste Hauptschaltgruppe 4 des ersten Schaltgruppensystems 1 und die ersten Hauptschaltgruppen 4 der n weiteren Schaltgruppensysteme 10.1,...10.n zueinander in Serie geschaltet und die zweite Hauptschaltgruppe 9 des ersten Schaltgruppensystems 1 und die zweiten Hauptschaltgruppen 9 der n weite- ren Schaltgruppensysteme 10.1 ,...10.n zueinander in Serie geschaltet. Jedes der n weiteren Schaltgruppensysteme 10.1 ,...10.n der Phasen R, S, T ist bezüglich der erste und zweite Hauptschaltgruppe 4, 9 und der oder den Zwischenschaltgruppen 7 vorzugsweise gemäss dem vorstehend beschriebenen ersten Schaltgruppensystem 1 nach Fig. 1 oder Fig. 2 ausgebildet, d.h. dass allgemein jedes der n weiteren Schaltgruppensysteme 10.1 , ...10.n der Phasen R, S, T die durch einen Leistungshalbleiterschalter 2 und durch einen mit dem Leistungshalbleiterschalter 2 verbundenen Kondensator 3 gebildete erste Hauptschaltgruppe 4 aufweist, wobei der Leistungshalbleiterschalter 2 der ersten Hauptschaltgruppe 4 durch ein passives nicht ansteuerbares elektronisches Bauelement 11 mit unidirektionaler Stromführungsrichtung gebildet ist. Zudem weist jedes der n weiteren Schaltgruppensysteme 10.1 ,...10.n der Phasen R, S, T mindestens die eine durch zwei in Serie geschaltete ansteuerbare Leistungshalbleiterschalter 5 und durch einen Kondensator 6 gebildete Zwischenschaltgruppe 7 auf, wobei die oder eine Zwischenschaltgruppe 7 mit der ersten Hauptschait- gruppe 4 verbunden ist. Desweiteren weist jedes der n weiteren Schaltgruppensysteme 10.1 ,...10.n der Phasen R, S, T die durch einen Leistungshalbleiterschalter gebildete zweite Hauptschaltgruppe 9 auf, wobei der Leistungshalbleiterschalter 8 der zweiten Hauptschaltgruppe 9 durch ein passives nicht ansteuerbares elektronisches Bauelement 11 mit unidirektionaler Stromführungsrichtung gebildet ist und die oder eine Zwischenschaltgruppe 7 mit der zweiten Hauptschaltgruppe 9 verbunden ist. In ähnlicher Weise wie nach Fig. 4, sind bei der fünften und sechsten Ausführungsform der erfindungsgemässen Umrichterschaltung gemäss Fig. 5 und Fig. 6 bei mehreren Phasen R, S, T die n-ten weiteren Schaltgruppensysteme
10.n der Phasen R, S, T parallel miteinander verbunden, d.h. die Kondensatoren 3 der ersten Hauptschaltgruppen 4 der n-ten weiteren Schaltgruppensysteme 10.n sind miteinander parallel verbunden und die Kondensatoren 6 der Zwischenschaltgruppen 7 der n-ten weiteren Schaltgruppensysteme 10.n sind miteinander parallel verbunden. Gemäss Fig. 5 und Fig. 6 sind die zweiten Hauptschaltgruppen 9 der n-ten weiteren Schaltgruppensysteme 10.n zudem miteinander verbunden. Mittels der Parallelschaltung der n-ten weiteren Schaltgruppensysteme 10.n der Phasen R, S, T, d.h. der Kondensatoren 3 der ersten Hauptschaltgruppen 4 und der Kondensatoren 6 der Zwischenschaltgruppen 7 wird vorteilhaft eine Erhöhung der Speicherfähigkeit von elektrischer Energie der gesamten Umrichterschaltung erreicht. Darüber hinaus kann durch die Parallelschaltung der Kondensatoren 3 der ersten Hauptschaltgruppen 4 und der Kondensatoren 6 der Zwischenschaltgruppen 7 unerwünschte Schwingungen der Spannung und des Stromes an den parallel geschalteten Kondensatoren 3 der ersten Hauptschaltgruppen 4 und an den parallel geschalteten Kondensatoren 6 der Zwischenschaltgruppen 7 gedämpft und somit vorteilhaft weitestgehend vermieden werden. Solche unerwünschten Schwingungen treten dann auch weitestgehend nicht an den Phasen R, S, T der Umrichterschaltung und damit schlussendlich auch nahezu nicht in einem üblicherweise an die Phasen angeschlossenen elektrischen Wechselspannungsnetz auf. Zudem be- wirkt ein Anschluss einer elektrischen Einrichtung, beispielsweise einer Ladeeinrichtung, an einen der Kondensatoren 3 der ersten Hauptschaltgruppen 4 beziehungsweise an einen der Kondensatoren 6 der Zwischenschaltgruppen 7, dass alle Kondensatoren 3 der ersten Hauptschaltgruppen 4 beziehungsweise alle Kondensatoren 6 der Zwischenschaltgruppen 7 an die elektrische Einrichtung angeschlossen sind, so dass ein einzelnes Anschliessen der elektrischen Einrichtung an jeden der Kondensatoren der ersten Hauptschaltgruppen 4 beziehungsweise an jeden der Kondensatoren 6 der Zwischenschaltgruppen 7 vorteilhaft entfallen kann.
Durch die vorgesehenen n weiteren Schaltgruppensysteme 10.1 ,...10.n für jede Phase R, S, T gemäss Fig. 5 und Fig. 6 halbieren sich die Gleichspannungen der Kondensatoren 3, 6 des jeweiligen n-ten Schaltgruppensystems 10.n an den Kondensatoren 3, 6 des nachgeschalteten (n-1)-ten Schaltgruppensystems 10.n-1 im Betrieb der erfindungsgemässe Umrichterschaltung vorteilhaft. Bei n=1 weiteren Schaltgruppensystemen 10.1 ,...10.n, wie dies beispielhaft in einer siebten, insbesondere einphasigen, Ausführungsform der Umrichterschal- tung gemäss Fig. 7 und in einer achten, insbesondere ebenfalls einphasigen, Ausführungsform der Umrichterschaltung gemäss Fig. 8 gezeigt ist, liegt demnach im Betrieb der Umrichterschaltung am Kondensator 3 der ersten Hauptschaltgruppe 4 des ersten Schaltgruppensystems 1 und am Kondensator 6 der Zwischenschaltgruppe 7 des ersten Schaltgrup- pensystems 1 jeweils die halbe Gleichspannung des Kondensators 3 der ersten Hauptschaltgruppe 4 des ersten weiteren Schaltgruppensystems 10.1 beziehungsweise des Kondensators 6 der Zwischenschaltgruppe 7 des ersten weiteren Schaltgruppensystems 10.1 an. Durch diese Halbierung der Gleichspannung werden die Leistungshalbleiterschalter 2, 5, 8 und die Kondensatoren 3, 6 des ersten Schaltgruppensystems 1 vorteilhaft entlastet. Allgemein kann dadurch eine Vielzahl an Schaltniveaus generiert werden, wodurch sehr vorteilhaft eine effektive Reduzierung von Oberschwingungen auf der Phasenseite erreicht werden kann. Gemäss Fig. 7 entspricht das erste Schaltgruppensystem 1 dem vorstehend detailliert beschriebenen Schaltgruppensystem 1 gemäss Fig. 3. Ferner entspricht das erste weitere Schaltgruppensystem 10.1 nach Fig. 7 dem vorstehend detailliert beschriebenen Schaltgruppensystem 1 gemäss Fig. 2, wobei es selbstverständlich auch denkbar ist, dass das erste weitere Schaltgruppensystem 10.1 nach Fig. 7 wie das vorstehend detailliert beschriebene Schaltgruppehsystem 1 gemäss Fig. 1 ausgebildet ist. Gemäss Fig. 8 entspricht das erste Schaltgruppensystem 1 und das erste weitere Schaltgruppensystem 10.1 dem vorstehend detailliert beschriebenen Schaltgruppensystem 1 gemäss Fig. 2, wobei es selbstverständlich auch denkbar ist, dass das erste Schaltgruppensystem 1 und das erste weitere Schaltgruppensystem 10.1 nach Fig. 7 wie das vorstehend detailliert beschriebene Schaltgruppensystem 1 gemäss Fig. 1 ausgebildet ist.
Gemäss der fünften und sechsten Ausführungsform der erfindungsgemässen Umrichterschaltung nach Fig. 5 und 6 entspricht die Anzahl der Zwischenschaltgruppen 7 eines jeden Schaltgruppensystems 10.1 ,...10.n der n weiteren Schaltgruppensysteme 10.1 ,...10.n der Anzahl der Zwischenschaltgruppen 7 des ersten Schaltgruppensystems 1 , wobei bei jedem der n weiteren Schaltgruppensysteme 10.1,...10.n im Falle mehrerer vorgesehener Zwi- schenschaltgruppen 7 jeweils benachbarte Zwischenschaltgruppen 7 seriell miteinander verbunden sind. Weiterhin ist gemäss Fig. 5 und 6 und nach einer neunten Ausführungsform der erfindungsgemässen Umrichterschaltung gemäss Fig. 9 jede Zwischenschaltgruppe 7 des ersten weiteren Schaltgruppensystems 10.1 seriell mit jeweils einer Zwischenschaltgruppe 7 des ersten Schaltgruppensystems 1 verbunden. Beispielhaft ist bei der neunten Ausfüh- rungsform der erfindungsgemässen Umrichterschaltung gemäss Fig. 9 n=1 , wobei die Umrichterschaltung insbesondere einphasig ausgebildet ist. Gemäss Fig. 9 entspricht das erste Schaltgruppensystem 1 und das erste weitere Schaltgruppensystem 10.1 dem vorstehend detailliert beschriebenen Schaltgruppensystem 1 gemäss Fig. 2 mit mehreren Zwischen- schaltgruppen 7, wobei es selbstverständlich auch denkbar ist, dass das erste Schaltgruppensystem 1 und das erste weitere Schaltgruppensystem 10.1 nach Fig. 9 wie das vorstehend detailliert beschriebene Schaltgruppensystem 1 gemäss Fig. 1 mit mehreren Zwischenschaltgruppen 7 ausgebildet ist. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass das erste Schaltgruppensystem 1 nach Fig. 9 wie das vorstehend detailliert beschriebene Schaltgruppensystem 1 gemäss Fig. 3 mit mehreren Zwischenschaltgruppen 7 ausgebildet ist und das erste weitere Schaltgruppensystem 10.1 nach Fig. 9 wie das vorstehend detailliert beschriebene Schaltgruppensystem 1 gemäss Fig. 1 mit mehreren Zwischenschaltgruppen 7 ausgebildet ist.
Für n > 2, was der fünften und sechsten Ausführungsform der Umrichterschaltung gemäss Fig. 5 und Fig. 6 entspricht, ist jede Zwischenschaltgruppe 7 des n-ten weiteren Schaltgruppensystems 10.2,...10.n seriell mit jeweils einer Zwischenschaltgruppe 7 des (n-1)-ten Schaltgruppensystems 10.2,...10.n verbunden. Der Vorteil, dass allgemein die Anzahl der Zwischenschaltgruppen 7 eines jeden Schaltgruppensystems 10.1,...10.n der n weiteren Schaltgruppensysteme 10.1 ,...10.n der Anzahl der Zwischenschaltgruppen 7 des ersten Schaltgruppensystems 1 entspricht, liegt darin, dass ein symmetrischer und zudem modula- rer Aufbau der Umrichterschaltung erreicht werden kann, so dass die Umrichterschaltung einfach und schnell adaptierbar ist und somit an verschiedenste Schaltungsanforderungen angepasst werden kann. Weiterhin kann durch die in Fig. 5, Fig. 6 und Fig. 9 gezeigte Vielzahl an Zwischenschaltgruppen 7 für jedes Schaltgruppensystem 1 , 10.1,...10.n die zu übertragende Leistung durch eine höhere über dem jeweiligen n-ten Schaltgruppensysteme 10.n anliegende Gleichspannung erhöht werden, da sich diese Gleichspannung in einzelne Gleichspannungen entsprechend dem Kondensator 3 der zugehörigen ersten Hauptschalt- gruppe 4 sowie an den Kondensatoren 6 der Vielzahl an Zwischenschaltgruppen 7 aufteilt. Darüber hinaus wird durch die Vielzahl eine Erhöhung der Anzahl an Schaltniveaus erzielt, wodurch sehr vorteilhaft eine weitere Reduzierung von Oberschwingungen auf der Phasenseite der Umrichterschaltung erreicht werden kann.
Bereits erläutert wurde, dass die ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter 5 der Zwischenschaltgruppe 7 gemäss den Ausführungsformen der Umrichterschaltung nach Fig. 1 bis Fig. 10 als Bipolartransistoren mit isoliert angeordneten Ansteuerelektroden und antiparallel geschalteten Dioden ausgebildet sind. Mittels dieser Bipolartransistoren ist es vorteilhaft mög- lieh, durch entsprechende Ansteuerung der Bipolartransistoren, d.h. beim Einschalten der Bipolartransistoren, den Stromgradient di/dt der Diode der ersten beziehungsweise der zweiten Hauptschaltgruppe 4, 9 gemäss Fig. 1 und Fig. 10 beziehungsweise der Dioden der ersten beziehungsweise der zweiten Hauptschaltgruppe 4, 9 gemäss Fig. 2, Fig. 3, Fig. 7, Fig. 8 und Fig. 9 kontrolliert zu begrenzen und somit vorteilhaft die jeweilige Diode vor einer Beschädigung oder gar Zerstörung zu schützen.
Insgesamt stellt die erfindungsgemässe Umrichterschaltung eine durch wenig Bauelemente gekennzeichnete und damit unkomplizierte, robuste und wenig störungsanfällige Lösung dar, wobei gleichzeitig eine Übertragung grosser Leistungen möglich ist
Bezugszeichenliste
I erstes Schaltgruppensystem 2 Leistungshalbleiterschalter der ersten Hauptschaltgruppe
3 Kondensator der ersten Hauptschaltgruppe
4 erste Hauptschaltgruppe
5 ansteuerbarer Leistungshalbleiterschalter der Zwischenschaltgruppe
6 Kondensator der Zwischenschaltgruppe 7 Zwischenschaltgruppe
8 Leistungshalbleiterschalter der zweiten Hauptschaltgruppe
9 zweite Hauptschaltgruppe 10.1,...10.n weitere Schaltgruppensysteme
I I passives nicht ansteuerbares elektronisches Bauelement

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Umrichterschaltung für mindestens eine Phase (R, S, T), mit einem für jede Phase (R, S, T) vorgesehenen ersten Schaltgruppensystem (1), welches eine durch einen Leistungshalbleiterschalter (2) und durch einen mit dem Leistungshalbleiterschalter (2) verbundenen Kondensator (3) gebildete erste Hauptschaltgruppe (4) aufweist, wobei der Leistungshalbleiterschalter (2) der ersten Hauptschaltgruppe (4) durch ein passives nicht ansteuerbares elektronisches Bauelement (11) mit unidirektionaler Stromführungsrichtung gebildet ist, welches erste Schaltgruppensystem (1) mindestens eine durch zwei in Serie geschaltete ansteuerbare Leistungshalbleiterschalter (5) und durch einen Kondensator (6) gebildete Zwischenschaltgruppe (7) aufweist, wobei die oder eine Zwischenschaltgruppe (7) mit der ersten Hauptschaltgruppe (4) verbunden ist, und welches erste Schaltgruppensystem (1) eine durch einen Leistungshalbleiterschalter (8) gebildete zweite Hauptschaltgruppe (9) aufweist, wobei der Leistungshalbleiterschalter (8) der zweiten Hauptschaltgruppe (9) durch ein passives nicht ansteuerbares elektronisches Bauelement (11) mit unidirektionaler Stromführungsrichtung gebildet ist und die oder eine Zwischenschaltgruppe (7) mit der zweiten Hauptschaltgruppe (9) verbun- den ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Phasen (R, S, T) die ersten Schaltgruppensysteme (1) der Phasen (R, S, T) parallel miteinander verbunden sind.
2. Umrichterschaltung für mindestens eine Phase (R, S, T), mit einem für jede Phase (R, S, T) vorgesehenen ersten Schaltgruppensystem (1), welches eine durch einen Leistungshalbleiterschalter (2) und durch einen mit dem Leistungshalbleiterschalter (2) verbundenen Kondensator
(3) gebildete erste Hauptschaltgruppe (4) aufweist, wobei der Leistungshalbleiterschalter (2) der ersten Hauptschalt- gruppe (4) durch ein passives nicht ansteuerbares elektronisches Bauelement (11) mit unidirektionaler Stromführungsrichtung gebildet ist, welches erste Schaltgruppensystem (1) mindestens eine durch zwei in Serie geschaltete ansteuerbare Leistungshalbleiterschalter (5) und durch einen Kondensator (6) gebildete Zwischenschaltgruppe (7) aufweist, wobei die oder eine Zwischenschaltgruppe (7) mit der ersten Hauptschaltgruppe (4) verbunden ist, und welches erste Schaltgruppensystem (1) eine durch einen Leistungshalbleiterschalter (8) gebildete zweite Hauptschaltgruppe (9) aufweist, wobei der Leistungshalbleiterschal- ter (8) der zweiten Hauptschaltgruppe (9) durch ein passives nicht ansteuerbares elektronisches Bauelement (11) mit unidirektionaler Stromführungsrichtung gebildet ist und die oder eine Zwischenschaltgruppe (7) mit der zweiten Hauptschaltgruppe (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Phase (R, S, T) n weitere Schaltgruppensysteme (10.1 ,...10.n) vorgesehen sind, wobei n > 1 ist und bei jedem der n weiteren Schaltgruppensysteme (10.1,...10.n) die der ersten Hauptschaltgruppe (4) benachbarte Zwischenschaltgruppe (7) in Serie zur ersten Hauptschaltgruppe (4) geschaltet ist und die der zweiten Hauptschaltgruppe (9) benachbarte Zwischenschaltgruppe (7) in Serie zur zweiten Hauptschaltgruppe (9) ge- schaltet ist, dass die erste Hauptschaltgruppe (4) des ersten Schaltgruppensystems (1) und die ersten Hauptschaltgruppen (4) der n weiteren Schaltgruppensysteme (10.1 ,...10.n) zueinander in Serie geschaltet sind, dass die zweite Hauptschaltgruppe (9) des ersten Schaltgruppensystems (1) und die zweiten Hauptschaltgruppen (9) der n weiteren Schaltgruppensysteme (10.1 ,...10.n) zueinander in Serie geschaltet sind, und bei mehreren Phasen (R, S, T) die n-ten weiteren Schaltgruppensysteme (10.n) der Phasen (R, S, T) parallel miteinander verbunden sind.
Umrichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim ersten
Schaltgruppensystem (1) der Leistungshalbleiterschalter (2) der ersten Hauptschaltgruppe (4) ein weiteres passives nicht ansteuerbares elektronisches Bauelement (11) mit unidirektionaler Stromführungsrichtung aufweist, wobei das weitere elektronische Bauelement (11) in Serie zum bestehenden elektronischen Bauelement (11) geschaltet ist, und dass beim ersten Schaltgruppensystem (1) der Leistungshalbleiterschalter (8) der zweiten Hauptschaltgruppe (9) ein weiteres passives nicht ansteuerbares elektronisches Bauelement (11) mit unidirektionaler Stromführungsrichtung aufweist, wobei das weitere elektronische Bauelement (11) in Serie zum bestehenden elektronischen Bauelement (11) geschaltet ist.
4. Umrichterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauelement (11 ) eine Diode ist.
5. Umrichterschaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim ersten Schaltgruppensystem (1) einer der ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter (5) einer jeden Zwischenschaltgruppe (7) mit dem Kondensator (6) derselben Zwi- schenschaltgruppe (7) verbunden ist, dass beim ersten Schaltgruppensystem (1) die der ersten Hauptschaltgruppe (4) benachbarte Zwischenschaltgruppe (7) parallel zur ersten Hauptschaltgruppe (4) geschaltet ist, und dass beim ersten Schaltgruppensystem (1 ) die der zweiten Hauptschaltgruppe (9) be- nachbarte Zwischenschaltgruppe (7) parallel zur zweiten Hauptschaltgruppe (9) geschaltet ist.
6. Umrichterschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim ersten Schaltgruppensystem (1) der Verbindungspunkt der beiden ansteuerbaren Leistungs- halbleiterschalter (5) einer jeden Zwischenschaltgruppe (7) mit dem Kondensator (6) derselben Zwischenschaltgruppe (7) verbunden ist, dass beim ersten Schaltgruppensystem (1) die der ersten Hauptschaltgruppe (4) benachbarte Zwischenschaltgruppe (7) mit dem einen der beiden ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter (5) mit dem Verbindungspunkt der beiden elektronischen Bau- elemente (11) der ersten Hauptschaltgruppe (4) verbunden ist, und dass beim ersten Schaltgruppensystem (1) die der zweiten Hauptschaltgruppe (9) benachbarte Zwischenschaltgruppe (7) mit dem anderen der beiden ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter (5) mit dem Verbindungspunkt der beiden elektronischen Bauelemente (11) der zweiten Hauptschaltgruppe (9) verbunden ist.
Umrichterschaltung nach einem der Ansprüche 1 , 3, 5, 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim ersten Schaltgruppensystem (1) im Falle mehrerer vorgesehener Zwischenschalt- gruppen (7) jeweils benachbarte Zwischenschaltgruppen
(7) verkettet miteinander verbunden sind.
8. Umrichterschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim ersten Schaltgruppensystem (1) und bei jedem der n weiteren Schaltgruppensysteme (10.1 , ...10.n) der Leistungshalbleiterschalter (2) der ersten Hauptschaltgruppe (4) ein weiteres passives nicht ansteuerbares elektronisches Bauelement (11) mit unidirektionaler Stromführungsrichtung aufweist, wobei das weitere elektronische Bauelement (11) in Serie zum bestehenden elektronischen Bauelement (11) geschaltet ist, und dass beim ersten Schaltgruppensystem (1) und bei jedem der n weiteren Schaltgruppensysteme (10.1 ,...10.n) der Leistungshalbleiterschalter (8) der zweiten Hauptschaltgruppe (9) ein weiteres passives nicht ansteuerbares elektronisches Bauelement (11) mit unidirektionaler Stromführungsrichtung aufweist, wobei das weitere elektronische Bauelement (11) in Serie zum bestehenden elektronischen Bauelement (11) geschaltet ist.
9. Umrichterschaltung nach einem der Ansprüche 2 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim ersten Schaltgruppensystem (1) und bei jedem der n weiteren Schaltgruppensysteme (10.1 ,...10.n) einer der ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter (5) einer jeden Zwischenschaltgruppe (7) mit dem Kondensator (6) derselben Zwischenschaltgruppe (7) verbunden ist, dass beim ersten Schaltgruppensystem (1 ) die der ersten Hauptschaltgruppe (4) benachbarte Zwischenschaltgruppe (7) parallel zur ersten Hauptschaltgruppe (4) geschaltet ist, und dass beim ersten Schaltgruppensystem (1) die der zweiten Hauptschaltgruppe (9) benachbarte Zwischenschaltgruppe (7) parallel zur zweiten Hauptschaltgruppe (9) geschaltet ist.
10. Umrichterschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim ersten Schaltgruppensystem (1) der Verbindungspunkt der beiden ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter (5) einer jeden Zwischenschaltgruppe (7) mit dem Kondensator (6) derselben Zwischenschaltgruppe (7) verbunden ist, dass beim ersten Schaltgruppensystem (1) die der ersten Hauptschaltgruppe (4) benachbarte Zwischenschaltgruppe (7) mit dem einen der beiden ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter (5) mit dem Verbindungspunkt der beiden elektronischen Bauelemente (11) der ersten Hauptschaltgruppe (4) verbunden ist, und dass beim ersten Schaltgruppensystem (1) die der zweiten Hauptschaltgruppe (9) benachbarte Zwischenschaltgruppe (7) mit dem anderen der beiden ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter (5) mit dem Verbindungspunkt der beiden elektronischen Bauelemente (11) der zweiten Hauptschaltgruppe (9) verbunden ist.
11. Umrichterschaltung nach einem der Ansprüche 2 oder 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim ersten Schaltgruppensystem (1) im Falle mehrerer vorgesehener Zwischenschaltgruppen (7) jeweils benachbarte Zwischenschaltgruppen (7) verkettet miteinander verbunden sind.
12. Umrichterschaltung nach einem der Ansprüche 2 oder 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Zwischenschaltgruppen (7) eines jeden Schaltgruppensystems (10.1,...10.n) der n weiteren Schaltgruppensysteme (10.1 , ...10.n) der Anzahl der Zwischenschaltgruppen (7) des ersten Schaltgruppensystems (1) entspricht, und dass bei jedem der n weiteren Schaltgruppensysteme (10.1 ,...10.n) im Falle mehrerer vorgese- hener Zwischenschaltgruppen (7) jeweils benachbarte Zwischenschaltgruppen (7) seriell miteinander verbunden sind.
13. Umrichterschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zwischenschaltgruppe (7) des ersten weiteren Schaltgruppensystems (10.1) seriell mit jeweils ei- ner Zwischenschaltgruppe (7) des ersten Schaltgruppensystems (1) verbunden ist.
14. Umrichterschaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass für n > 2 jede Zwischenschaltgruppe (7) des n-ten weiteren Schaltgruppensystems (10.2,...10.n) seriell mit jeweils einer Zwischenschaltgruppe (7) des (n-1)-ten Schaltgruppensystems (10.2,...10.n) verbunden ist.
PCT/CH2004/000388 2003-07-23 2004-06-24 Umrichterschaltung WO2005008874A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE502004007066T DE502004007066D1 (de) 2003-07-23 2004-06-24 Umrichterschaltung
EP04738029A EP1647089B1 (de) 2003-07-23 2004-06-24 Umrichterschaltung
US10/564,982 US7313008B2 (en) 2003-07-23 2004-06-24 Converter circuit for producing low harmonics
CA002532060A CA2532060A1 (en) 2003-07-23 2004-06-24 Rectifier circuit

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP03405558A EP1501180A1 (de) 2003-07-23 2003-07-23 Umrichterschaltung
EP03405558.2 2003-07-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2005008874A1 true WO2005008874A1 (de) 2005-01-27

Family

ID=33484083

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CH2004/000388 WO2005008874A1 (de) 2003-07-23 2004-06-24 Umrichterschaltung

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7313008B2 (de)
EP (2) EP1501180A1 (de)
CN (1) CN1826722A (de)
AT (1) ATE394825T1 (de)
CA (1) CA2532060A1 (de)
DE (1) DE502004007066D1 (de)
WO (1) WO2005008874A1 (de)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5317413B2 (ja) * 2007-02-06 2013-10-16 株式会社東芝 半導体スイッチおよび当該半導体スイッチを適用した電力変換装置
DE102008003781A1 (de) 2008-01-10 2009-07-16 Michael Immler Montagehilfe für das Montieren oder Demontieren eines Fahrzeugreifens
JP4457162B1 (ja) * 2008-10-27 2010-04-28 株式会社ＭＥＲＳＴｅｃｈ 交流電圧制御装置
EP2262087A1 (de) * 2009-06-10 2010-12-15 ABB Research Ltd. Wandlerschaltung mit einem Umrichter
FR2952485B1 (fr) * 2009-11-10 2012-11-23 Lorraine Inst Nat Polytech Circuit convertisseur matriciel multi-niveaux multi-tensions, et procede de mise en oeuvre d'un tel circuit
EP2656467B1 (de) 2010-12-22 2016-10-12 GE Energy Power Conversion Technology Limited Kondensatorsymmetrierungsschaltung und steuerverfahren für eine elektronische vorrichtung wie einen mehrstufigen wechselrichter
CA2822593A1 (en) 2010-12-22 2012-06-28 Ge Energy Power Conversion Technology Limited Mechanical arrangement of a multilevel power converter circuit
EP2475090A1 (de) * 2011-01-07 2012-07-11 Siemens Aktiengesellschaft Gleichrichterstufe eines Umrichters mit Gleichspannungszwischenkreis und Umrichter mit dieser Gleichrichterstufe
US9252670B2 (en) * 2012-12-19 2016-02-02 General Electric Company Multilevel converter
US9461557B2 (en) 2013-03-22 2016-10-04 Abb Ab Bipolar double voltage cell and multilevel converter with such a cell
EP3573227A1 (de) 2018-05-23 2019-11-27 Nidec ASI S.A. Stromwandler
EP4024694A1 (de) * 2020-12-30 2022-07-06 Siemens Aktiengesellschaft Flying capacitor modul und multilevel-umrichter
WO2024027935A1 (en) * 2022-08-05 2024-02-08 Huawei Digital Power Technologies Co., Ltd. Ac to dc converter and method for controlling the ac to dc converter

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001093412A2 (fr) * 2000-05-26 2001-12-06 Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S.) Dispositif de conversion d'energie multicellulaire
US6459596B1 (en) * 2000-08-18 2002-10-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method and apparatus for a Reduced parts-counts multilevel rectifier
WO2003017457A1 (en) * 2001-08-21 2003-02-27 Emerson Energy Systems Ab An arrangement for an electrical converter
US20030060326A1 (en) * 2001-09-21 2003-03-27 Club Car, Inc. Method and apparatus for eliminating power drainage in power sources used with starter-generators
US20030128563A1 (en) * 1999-12-22 2003-07-10 Rojas Romero Manuel Roberto Method and control circuitry for a three-phase three-level boost-type rectifier

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5731970A (en) * 1989-12-22 1998-03-24 Hitachi, Ltd. Power conversion device and semiconductor module suitable for use in the device
EP1492220A3 (de) * 1991-09-20 2005-03-09 Hitachi, Ltd. Leistungswandler und in diesem verwendbares Halbleitermodul
JP3900220B2 (ja) * 1997-10-28 2007-04-04 株式会社安川電機 ３レベル中性点クランプ式インバータ回路を有するインバータ装置
US6020713A (en) * 1998-01-05 2000-02-01 Capstone Turbine Corporation Turbogenerator/motor pulse width modulated controller
JP3407198B2 (ja) * 2000-02-25 2003-05-19 株式会社日立製作所 ３レベルインバータ装置
TW513850B (en) * 2000-04-03 2002-12-11 Shan Ken Oenki Kabushiki Kaish Electric power converting apparatus
US6353547B1 (en) * 2000-08-31 2002-03-05 Delta Electronics, Inc. Three-level soft-switched converters
EP1253706B1 (de) * 2001-04-25 2013-08-07 ABB Schweiz AG Leistungselektronische Schaltungsanordnung und Verfahren zur Uebertragung von Wirkleistung
DE60141822D1 (de) * 2001-07-16 2010-05-27 Cpautomation S A Eine elektrische Stromversorgung die besonders für Gleichstromplasmabehandlung anwendbar ist
DE10143279B4 (de) * 2001-09-04 2009-05-28 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Frequenzumrichter
DE10156694B4 (de) * 2001-11-17 2005-10-13 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Schaltungsanordnung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030128563A1 (en) * 1999-12-22 2003-07-10 Rojas Romero Manuel Roberto Method and control circuitry for a three-phase three-level boost-type rectifier
WO2001093412A2 (fr) * 2000-05-26 2001-12-06 Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S.) Dispositif de conversion d'energie multicellulaire
US6459596B1 (en) * 2000-08-18 2002-10-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method and apparatus for a Reduced parts-counts multilevel rectifier
WO2003017457A1 (en) * 2001-08-21 2003-02-27 Emerson Energy Systems Ab An arrangement for an electrical converter
US20030060326A1 (en) * 2001-09-21 2003-03-27 Club Car, Inc. Method and apparatus for eliminating power drainage in power sources used with starter-generators

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YOSHIKAWA T ET AL: "Analysis of parallel operation methods of PWM inverter sets for an ultra-high speed elevator", APPLIED POWER ELECTRONICS CONFERENCE AND EXPOSITION, 2000. APEC 2000. FIFTEENTH ANNUAL IEEE NEW ORLEANS, LA, USA 6-10 FEB. 2000, PISCATAWAY, NJ, USA,IEEE, US, 6 February 2000 (2000-02-06), pages 944 - 950, XP010371647, ISBN: 0-7803-5864-3 *

Also Published As

Publication number Publication date
ATE394825T1 (de) 2008-05-15
EP1647089A1 (de) 2006-04-19
CA2532060A1 (en) 2005-01-27
EP1501180A1 (de) 2005-01-26
CN1826722A (zh) 2006-08-30
US7313008B2 (en) 2007-12-25
US20070096701A1 (en) 2007-05-03
DE502004007066D1 (de) 2008-06-19
EP1647089B1 (de) 2008-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1673849B1 (de) Umrichterschaltung zur schaltung einer vielzahl von schaltspannungsniveaus
EP2080262B1 (de) Umrichterschaltung zur schaltung einer vielzahl von schaltspannungsniveaus
EP1976107B1 (de) Schaltzelle sowie Umrichterschaltung zur Schaltung einer Vielzahl von Spannungsniveaus mit einer solchen Schaltzelle
EP1815586B1 (de) Umrichterschaltung zur schaltung einer vielzahl von schaltspannungsniveaus
EP1759450B1 (de) Oberschwingungsarme mehrphasige umrichterschaltung
EP1695434B1 (de) Umrichterschaltung mit zwei teilumrichtern
EP2596980B1 (de) Mehrpunkt-Stromrichter mit Bremschopper
DE10143279A1 (de) Frequenzumrichter
EP2654190B1 (de) Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Schaltung
EP1647089B1 (de) Umrichterschaltung
EP0802617A2 (de) Leistungselektronische Schaltungsanordnung
EP2254228A1 (de) Leistungselektronisches Schaltmodul sowie System mit solchen Schaltmodulen
EP1453192B1 (de) Kurzschlussstromgeschützte Umrichterschaltung
DE102011078211A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Schaltung sowie elektrische Schaltung
EP1443648A1 (de) Umrichterschaltung zur Schaltung von drei Spannungsniveaus
DE69302723T2 (de) Mehrreihige Wechselrichteranordnung
WO2004105225A2 (de) Umrichterschaltung
WO2007051321A2 (de) Umrichterschaltung zur schaltung einer vielzahl von schaltspannungsniveaus
EP1619785B1 (de) Spannungsanstiegsbegrenzte Umrichterschaltung
DE102005044639A1 (de) Blindleistungskompensationseinrichtung
EP1450475A1 (de) Schwingungsarme Umrichterschaltung
EP2161825A1 (de) Schaltzelle zur Schaltung von fünf oder mehr Spannungsniveaus
DE102005044641A1 (de) Blindleistungskompensationseinrichtung
WO2007033502A1 (de) Blindleistungskompensationseinrichtung
WO2007033501A1 (de) Blindleistungskompensationseinrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200480021001.9

Country of ref document: CN

AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

DPEN Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2004738029

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2532060

Country of ref document: CA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2007096701

Country of ref document: US

Ref document number: 10564982

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 249/CHENP/2006

Country of ref document: IN

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2004738029

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 10564982

Country of ref document: US

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 2004738029

Country of ref document: EP