WO2012126515A1 - Electrical installation having a matrix converter and corresponding method for operating same - Google Patents

Electrical installation having a matrix converter and corresponding method for operating same Download PDF

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WO2012126515A1
WO2012126515A1 PCT/EP2011/054308 EP2011054308W WO2012126515A1 WO 2012126515 A1 WO2012126515 A1 WO 2012126515A1 EP 2011054308 W EP2011054308 W EP 2011054308W WO 2012126515 A1 WO2012126515 A1 WO 2012126515A1
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Markus Pfeifer
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/293—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Definitions

  • the invention relates to an electrical system with a matrix converter having a plurality of input terminals, a plurality of output terminals and a plurality of subconductors, wherein the input terminals are each connected via bidirectional switches of the partial converter with the output terminals.
  • the invention relates to a method for operating egg ner electrical system with a matrix converter.
  • Such an electrical system with a matrix converter is disclosed in DE 20 2005 001 686 Ul.
  • the matrix converter is connected in a known manner to an AC system, as shown for example in FIG.
  • expensive line filters must be provided in the grid feed to reduce the harmonics, which deteriorate the efficiency due to their losses.
  • the invention is therefore based on the object, an electrical see system of the type mentioned above and to propose a method for operating such a system with which the efficiency can be increased.
  • At least one DC voltage source is connected to the input terminals via a power converter.
  • the DC voltage storage element according to claim 4 is a capacitor.
  • the DC voltage source is connected via freewheeling diodes with the output terminals, the freewheeling diodes are connected in the reverse direction seen from the output terminals.
  • an inductive load can be connected to the output terminals, in which case the diodes operate as freewheeling diodes.
  • a three-phase machine powered by an internal combustion engine is connected to the input terminals and a three-phase motor of a vehicle is connected to the output terminals.
  • the internal combustion engine may be kept at the ideal operating point to provide constant energy in the e.g. store as a battery running DC voltage source and to provide the drive of the vehicle. If necessary, the required energy is removed from the battery to save fuel.
  • a Windkraftan ⁇ position may be employed. Is according to claim 8 to the input terminals ⁇ a wind generator and to the output terminals Connected three-phase network, it can be very effective and uninterruptible power fed into a public network in this way. Normal operation is carried out with the matrix converter and, in the event of a malfunction, with the battery.
  • the DC voltage source, a DC voltage intermediate circuit ⁇ a converter, the battery and the capacitor may be omitted as DC ⁇ source in this case.
  • a pitch drive of a wind turbine is connected to the output terminals.
  • the required energy can be taken for the pitch drive the DC voltage source who ⁇ .
  • the electrical system according to the invention could also be used be ⁇ Sonder advantageous in elevator drives. According to claim 11, therefore, an elevator drive is connected to the output terminals. In braking operation, electrical energy Ener ⁇ could be fed back into the voltage source is designed as a battery or capacitor direct, in order to achieve a better efficiency of the system in this manner.
  • FIG. 1 shows a circuit topology of an electrical system with a matrix converter known from the prior art
  • 2 shows the circuit topology of an electrical system according to the invention with a matrix converter
  • FIG. 3 shows a first embodiment with the application of the electrical system according to the invention in a hybrid drive for a vehicle
  • FIG. 4 shows a second embodiment with the application of the electrical system according to the invention in a wind turbine
  • FIG. 5 shows a third embodiment with the application of the electrical system according to the invention in an elevator drive.
  • FIG 1 a known from the prior art scarf ⁇ tion topology of an electrical system is shown with a matrix converter, wherein on the input side of the Matrixum ⁇ richters via the lines L1, L2, L3, a three-phase network with the voltage AC is connected and the Output terminals are connected to a motor MO.
  • the matrix converter is shown in simplified form with switching elements which in reality are designed as bidirectional switches.
  • Fig 2 shows the circuit topology of a modern fiction, ⁇ electrical system with a matrix converter MU.
  • the matrix converter MU has three input terminals E1, E2, E3, three output terminals A1, A2, A3 and three partial converters.
  • Each of the three input terminals E1, E2, E3 is connected via bidirectional switches of one of the three partial converters to the three output terminals A1, A2, A3.
  • At least one DC voltage source is connected to the input terminals E1, E2, E3 via a power converter S with the electronic switches T1, T2, T3, T4, T5 and T6.
  • This can be a DC voltage storage element, which is designed, for example, as a battery 1 or as a capacitor 2.
  • the electronic switches T1, T2, T3, T4, T5 and T6 are implemented here as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • the positive pole P and the negative pole M are connected to the output terminals A1, A2, A3 via the diodes D1 to D6.
  • the diodes D1 to D6 operate as free-wheeling diodes.
  • the circuit topology of FIG 2 is only one exporting ⁇ approximate example.
  • the matrix converter MU can also be designed for a voltage AC with any number of phase voltages.
  • the interconnection of the input terminals with the output terminals is maintained via a corresponding number of partial converters with bidirectional switches and the connection of a DC voltage source.
  • FIG. 3 shows an application example of the electrical system according to the invention in a hybrid drive for a vehicle.
  • an electric motor 4 for driving a vehicle is connected to the matrix converter MU on the input side of a three-phase motor fed by an internal combustion engine and on the output side.
  • the internal combustion engine is kept at the ideal operating point to constantly store energy in the battery 1 and to supply the drive. If necessary, the required energy is again entnom ⁇ men from the battery 1, in order to save fuel.
  • the braking energy can be stored in the battery 1.
  • the battery can be 1 filedla ⁇ a Transditionsan- circuit 5 to the matrix converter MU.
  • FIG. 1 Another very advantageous application example is given when using the electrical system according to the invention in connection with a wind power plant (see FIG. A Windge ⁇ erator 6 has its input side connected to the matrix converter MU and feeds its output side electrical energy in a public network with the voltage AC. In case of failure, the electric power of the battery 1 is removed and provided in this way for an uninterruptible power supply.
  • FIG. 5 shows the application of the electrical system in conjunction with an elevator drive, wherein the motor MO via the Matrix converter MU from a public grid with the voltage AC is fed.
  • the connected to the matrix converter MU ⁇ connected battery 1 is charged using the braking energy of the elevator and supplies in case of failure of the voltage AC, the required electrical energy for emergency operation.
  • the electrical system according to the invention would be very advantageous used in conjunction with a pitch drive a wind power plant ⁇ .
  • the required for the actuator electrical energy at least temporarily ei ⁇ ner battery or a capacitor can be removed.

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Abstract

The invention relates to an electrical installation having a matrix converter (ΜU) and to a method for operating same. The matrix converter (ΜU) comprises a plurality of input terminals (E1, E2, E3), a plurality of outlet terminals (A1, A2, A3) and a plurality of partial converters, wherein the input terminals (E1, E2, E3) are respectively connected via bidirectional switches of the partial converters to the output terminals (A1, A2, A3). At least one direct current source (1, 2) is connected to the input terminals (E1, E2, E3) via a power converter (S). Of the phase voltages present at the input terminals (E1, E2, E3), the phase voltage having the highest value is applied to the positive pole (P) of the power converter (S) and the phase voltage having the lowest value is applied to the negative pole (M) of the power converter.

Description

Beschreibung description
Elektrische Anlage mit einem Matrixumrichter und ein korres¬ pondierendes Verfahren zum Betrieb derselben Electrical system with a matrix converter and a corres ¬ pondierendes method for operating the same
Die Erfindung betrifft eine elektrische Anlage mit einem Matrixumrichter, der mehrere Eingangsklemmen, mehrere Ausgangsklemmen und mehrere Teilumrichter aufweist, wobei die Eingangsklemmen jeweils über bidirektionale Schalter der Teilumrichter mit den Ausgangsklemmen verbunden sind. The invention relates to an electrical system with a matrix converter having a plurality of input terminals, a plurality of output terminals and a plurality of subconductors, wherein the input terminals are each connected via bidirectional switches of the partial converter with the output terminals.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb ei ner elektrischen Anlage mit einem Matrixumrichter. In addition, the invention relates to a method for operating egg ner electrical system with a matrix converter.
Eine derartige elektrische Anlage mit einem Matrixumrichter ist in der DE 20 2005 001 686 Ul offenbart. Dabei ist der Matrixumrichter in bekannter Weise an ein Wechselstromsystem angebunden, wie beispielsweise in FIG 1 dargestellt. Bei sol chen Anlagen müssen in der Netzeinspeisung teure Netzfilter zur Reduzierung der Oberschwingungen vorgesehen werden, die aufgrund ihrer Verluste den Wirkungsgrad verschlechtern. Such an electrical system with a matrix converter is disclosed in DE 20 2005 001 686 Ul. Here, the matrix converter is connected in a known manner to an AC system, as shown for example in FIG. In such systems expensive line filters must be provided in the grid feed to reduce the harmonics, which deteriorate the efficiency due to their losses.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektri sehe Anlage der oben genannten Art und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage vorzuschlagen, mit der sich der Wirkungsgrad erhöhen lässt. The invention is therefore based on the object, an electrical see system of the type mentioned above and to propose a method for operating such a system with which the efficiency can be increased.
Die Aufgabe wird zum einen durch eine elektrische Anlage mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dabei ist an die Eingangsklemmen über einen Stromrichter mindestens eine Gleichspannungsquelle angeschlossen. The object is achieved on the one hand by an electrical system with the features of claim 1. At least one DC voltage source is connected to the input terminals via a power converter.
Die weitere das Verfahren betreffende Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 11 gelöst. The further object relating to the method is achieved with the features of claim 11.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen 2 bis 11 und 13 bis 18 zu entnehmen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht, wenn gemäß Anspruch 2 die Gleichspannungsquelle als Gleichspan¬ nungsspeicherelement ausgeführt ist. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung be¬ steht, wenn gemäß Anspruch 3 das Gleichspannungsspeicherele¬ ment eine Batterie ist. Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims 2 to 11 and 13 to 18. An advantageous development of the invention, when the DC voltage source is designed as a DC clamping voltage ¬ memory element according to claim. 2 A further advantageous embodiment of the invention is be ¬ if, according to claim 3, the Gleichspannungsspeicherele ¬ ment is a battery.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Gleichspannungsspei- cherelement gemäß Anspruch 4 ein Kondensator ist. Furthermore, it is advantageous if the DC voltage storage element according to claim 4 is a capacitor.
Durch Einsatz des Kondensators kann bei entsprechender Steuerung des Stromrichters der Oberschwingungsgehalt in der Span¬ nung verringert werden. Dies wiederum ermöglicht einen ent- sprechend geringeren Aufwand für den eingangsseitigen Netzfilter . Through the use of the capacitor of the harmonic content can be reduced in the tensioning ¬ voltage with appropriate control of the converter. This in turn allows a correspondingly lower expenditure for the input-side line filter.
Ein besonderer Vorteil besteht, wenn gemäß Anspruch 5 die Gleichspannungsquelle über Freilaufdioden mit den Ausgangs- klemmen verbunden ist, wobei die Freilaufdioden von den Ausgangsklemmen aus gesehen in Sperrrichtung verschaltet sind. In diesem Fall kann eine induktive Last an die Ausgangsklemmen angeschlossen werden, wobei dann die Dioden als Freilaufdioden arbeiten. A particular advantage is when according to claim 5, the DC voltage source is connected via freewheeling diodes with the output terminals, the freewheeling diodes are connected in the reverse direction seen from the output terminals. In this case, an inductive load can be connected to the output terminals, in which case the diodes operate as freewheeling diodes.
Gemäß Anspruch 7 sind eine von einem Verbrennungsmotor gespeiste Drehstrommaschine an die Eingangsklemmen und ein Drehstrommotor eines Fahrzeugs an die Ausgangsklemmen angeschlossen. Der Verbrennungsmotor kann im idealen Betriebs- punkt gehalten werden, um konstante Energie in der z.B. als Batterie ausgeführten Gleichspannungsquelle zu speichern und den Antrieb des Fahrzeugs zu versorgen. Bei Bedarf wird die erforderliche Energie aus der Batterie wieder entnommen, um Kraftstoff zu sparen. According to claim 7, a three-phase machine powered by an internal combustion engine is connected to the input terminals and a three-phase motor of a vehicle is connected to the output terminals. The internal combustion engine may be kept at the ideal operating point to provide constant energy in the e.g. store as a battery running DC voltage source and to provide the drive of the vehicle. If necessary, the required energy is removed from the battery to save fuel.
Anstelle eines Verbrennungsmotors kann auch eine Windkraftan¬ lage eingesetzt werden. Ist gemäß Anspruch 8 an die Eingangs¬ klemmen ein Windgenerator und an die Ausgangsklemmen ein Drehstromnetz angeschlossen, so kann auf diese Weise sehr effektiv und unterbrechungsfrei Strom in ein öffentliches Netz eingespeist werden. Der normale Betrieb erfolgt dabei mit dem Matrixumrichter und im Störfall aus der Batterie. Instead of an internal combustion engine, a Windkraftan ¬ position may be employed. Is according to claim 8 to the input terminals ¬ a wind generator and to the output terminals Connected three-phase network, it can be very effective and uninterruptible power fed into a public network in this way. Normal operation is carried out with the matrix converter and, in the event of a malfunction, with the battery.
Ist gemäß Anspruch 9 die Gleichspannungsquelle ein Gleich¬ spannungszwischenkreis eines Umrichters, so könnten in diesem Fall die Batterie und der Kondensator als Gleichspannungs¬ quelle entfallen. According to claim 9, the DC voltage source, a DC voltage intermediate circuit ¬ a converter, the battery and the capacitor may be omitted as DC ¬ source in this case.
Auch bei dem Pitchantrieb einer Windkraftanlage muss für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung gesorgt werden. Daher ist es auch besonders vorteilhaft, wenn gemäß Anspruch 10 an die Ausgangsklemmen ein Pitchantrieb einer Windkraftanlage ange- schlössen ist. Bei einem Einbruch oder dem Ausfall der Spannung an den Eingangsklemmen kann die erforderliche Energie für den Pitchantrieb der Gleichspannungsquelle entnommen wer¬ den . Die erfindungsgemäße elektrische Anlage ließe sich auch be¬ sonders vorteilhaft bei Fahrstuhlantrieben einsetzen. Gemäß Anspruch 11 ist daher an die Ausgangsklemmen ein Fahrstuhlantrieb angeschlossen. Im Bremsbetrieb könnte elektrische Ener¬ gie in die als Batterie oder Kondensator ausgeführte Gleich- spannungsquelle rückgespeist werden, um auf diese Weise einen besseren Wirkungsgrad der Anlage zu erzielen. Even with the pitch drive of a wind turbine must be provided for an uninterruptible power supply. Therefore, it is also particularly advantageous if, according to claim 10, a pitch drive of a wind turbine is connected to the output terminals. As a break or failure of the voltage at the input terminals, the required energy can be taken for the pitch drive the DC voltage source who ¬. The electrical system according to the invention could also be used be ¬ Sonder advantageous in elevator drives. According to claim 11, therefore, an elevator drive is connected to the output terminals. In braking operation, electrical energy Ener ¬ could be fed back into the voltage source is designed as a battery or capacitor direct, in order to achieve a better efficiency of the system in this manner.
Die Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen den vorteilhaften Ausbildungen der erfindungsgemäßen elektrischen Anlage. The developments of the method according to the invention correspond to the advantageous embodiments of the electrical system according to the invention.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: FIG 1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungstopo- logie einer elektrischen Anlage mit einem Matrixumrichter, FIG 2 die Schaltungstopologie einer erfindungsgemäßen elektrischen Anlage mit einem Matrixumrichter, An embodiment of the invention will be explained in more detail below with reference to a drawing. 1 shows a circuit topology of an electrical system with a matrix converter known from the prior art, 2 shows the circuit topology of an electrical system according to the invention with a matrix converter,
FIG 3 ein erstes Ausführungsbeispiel mit der Anwendung der erfindungsgemäßen elektrischen Anlage bei einem Hybrid- antrieb für ein Fahrzeug,  3 shows a first embodiment with the application of the electrical system according to the invention in a hybrid drive for a vehicle,
FIG 4 ein zweites Ausführungsbeispiel mit der Anwendung der erfindungsgemäßen elektrischen Anlage bei einer Windkraftanlage und  4 shows a second embodiment with the application of the electrical system according to the invention in a wind turbine and
FIG 5 ein drittes Ausführungsbeispiel mit der Anwendung der erfindungsgemäßen elektrischen Anlage bei einem Fahrstuhlantrieb .  5 shows a third embodiment with the application of the electrical system according to the invention in an elevator drive.
In FIG 1 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Schal¬ tungstopologie einer elektrischen Anlage mit einem Matrixum- richter dargestellt, wobei an der Eingangsseite des Matrixum¬ richters über die Leitungen L1,L2,L3 ein Drehstromnetz mit der Spannung AC angeschlossen ist und die Ausgangsklemmen mit einem Motor MO verbunden sind. Dabei ist der Matrixumrichter vereinfachend mit Schaltelementen dargestellt, die in Reali- tät als bidirektionale Schalter ausgeführt sind. Dies wird in FIG 2 deutlich, die die Schaltungstopologie einer erfindungs¬ gemäßen elektrischen Anlage mit einem Matrixumrichter MU zeigt . Der Matrixumrichter MU weist in diesem Ausführungsbeispiel drei Eingangsklemmen E1,E2,E3 drei Ausgangsklemmen A1,A2,A3 und drei Teilumrichter auf. Jede der drei Eingangsklemmen E1,E2,E3 ist über bidirektionale Schalter eines der drei Teilumrichter mit den drei Ausgangsklemmen A1,A2,A3 verbun- den. An die Eingangsklemmen E1,E2,E3 ist über einen Stromrichter S mit den elektronischen Schaltern Tl , T2 , T3 , T4 , T5 und T6 mindestens eine Gleichspannungsquelle angeschlossen. Diese kann ein Gleichspannungsspeicherelement sein, das z.B. als Batterie 1 oder als Kondensator 2 ausgeführt ist. Die elek- tronischen Schalter Tl , T2 , T3 , T4 , T5 und T6 sind hier als IGBTs ( Insulated-Gate Bipolar Transistor) realisiert . Von der an den Eingangsklemmen E1,E2,E3 des Matrixumrichters MU anliegenden Spannung AC, die hier drei Phasenspannungen umfasst, wird mit den elektronischen Schaltern T1,T2,T3 die Phasenspannung mit dem jeweils höchsten Wert auf den Pluspol P des Stromrichters S und mit den elektronischen Schaltern T4,T5,T6 die Phasenspannung mit dem jeweils niedrigsten Wert auf den Minuspol M des Stromrichters S geschaltet. Hierdurch entsteht eine Gleichspannungsanbindung, die sich gemäß den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen vorteilhaft nutzen lässt. In Figure 1, a known from the prior art scarf ¬ tion topology of an electrical system is shown with a matrix converter, wherein on the input side of the Matrixum ¬ richters via the lines L1, L2, L3, a three-phase network with the voltage AC is connected and the Output terminals are connected to a motor MO. In this case, the matrix converter is shown in simplified form with switching elements which in reality are designed as bidirectional switches. This is clearly shown in Fig 2, which shows the circuit topology of a modern fiction, ¬ electrical system with a matrix converter MU. In this exemplary embodiment, the matrix converter MU has three input terminals E1, E2, E3, three output terminals A1, A2, A3 and three partial converters. Each of the three input terminals E1, E2, E3 is connected via bidirectional switches of one of the three partial converters to the three output terminals A1, A2, A3. At least one DC voltage source is connected to the input terminals E1, E2, E3 via a power converter S with the electronic switches T1, T2, T3, T4, T5 and T6. This can be a DC voltage storage element, which is designed, for example, as a battery 1 or as a capacitor 2. The electronic switches T1, T2, T3, T4, T5 and T6 are implemented here as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor). From the voltage applied to the input terminals E1, E2, E3 of the matrix inverter MU voltage AC, which here comprises three phase voltages, is the electronic circuit T1, T2, T3, the phase voltage with the highest value to the positive pole P of the power converter S and with the electronic switches T4, T5, T6, the phase voltage with the respective lowest value to the negative terminal M of the power converter S connected. This results in a DC voltage connection, which can be used advantageously according to the embodiments described below.
Der Pluspol P und der Minuspol M sind über die Dioden Dl bis D6 mit den Ausgangsklemmen A1,A2,A3 verbunden. Bei Anschluss einer induktiven Last an die Ausgangsklemmen A1,A2,A3 arbei- ten die Dioden Dl bis D6 als Freilaufdioden . The positive pole P and the negative pole M are connected to the output terminals A1, A2, A3 via the diodes D1 to D6. When an inductive load is connected to the output terminals A1, A2, A3, the diodes D1 to D6 operate as free-wheeling diodes.
Bei Einsatz des Kondensators 2 als Gleichspannungsspeicherelement besteht neben der Speicherung von Energie die Mög¬ lichkeit, den in FIG 2 nicht dargestellten eingangsseitigen Netzfilter von der nötigen Kapazität her zu reduzieren, da der verschaltete Kondensator 2 gerade dann belastet wird, wenn auch der Netzfilter am stärksten belastet wird. Diese Situation liegt vor, wenn die netzseitig positivste und die netzseitig negativste Phasenspannung zur Last hin geschaltet werden. Es tritt so eine Stützwirkung vom Kondensator 2 auf die Kondensatoren des Netzeingangsfilters auf. Da Kondensato¬ ren sehr teuer sind, lässt sich mit der Reduzierung der erforderlichen Kapazität eine erhebliche Kosteneinsparung erreichen . When using the capacitor 2 as a DC voltage storage element is in addition to the storage of energy, the possi ¬ ability to reduce the not shown in Figure 2 input side line filter of the required capacity ago, since the interconnected capacitor 2 is charged just then, although the mains filter strongest is charged. This situation occurs when the mains side most positive and the network side negative phase voltage are switched to the load. It occurs as a supporting effect of the capacitor 2 on the capacitors of the mains input filter. Since condensers ¬ ren are very expensive, can achieve significant cost savings with the reduction of the required capacity.
Mit der Gleichspannungsanbindung gemäß FIG 2 kann bei Netzausfall ein Notbetrieb aufrechterhalten werden. Dabei wird der Batterie 1 oder dem Kondensator 2 gespeicherte Energie entnommen. Es besteht somit die Möglichkeit, den Matrixum- richter MU auch als USV-Umrichter (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) zu verwenden. Ebenfalls ist in der obigen Schaltung nach FIG 2 die Verwendung eines Gleichspannungszwischenkreises als Gleichspan¬ nungsquelle denkbar. Hierbei könnte der Kondensator 2 entfal¬ len . With the DC voltage connection according to FIG 2 emergency operation can be maintained in case of power failure. In this case, the battery 1 or the capacitor 2 stored energy is removed. It is thus possible to use the matrix converter MU as a UPS converter (uninterruptible power supply). Also the use of a DC voltage intermediate circuit as the DC clamping voltage source ¬ is conceivable in the above circuit of Fig. 2 Here, the capacitor 2 could entfal ¬ len.
Die Schaltungstopologie nach FIG 2 stellt nur ein Ausfüh¬ rungsbeispiel dar. Der Matrixumrichter MU kann aber auch für eine Spannung AC mit beliebig vielen Phasenspannungen ausgeführt sein. Grundsätzlich bleibt dabei die Verschaltung der Eingangs- mit den Ausgangsklemmen über eine entsprechende An¬ zahl von Teilumrichtern mit bidirektionalen Schaltern sowie die Anbindung einer Gleichspannungsquelle erhalten. The circuit topology of FIG 2 is only one exporting ¬ approximate example. However, the matrix converter MU can also be designed for a voltage AC with any number of phase voltages. In principle, the interconnection of the input terminals with the output terminals is maintained via a corresponding number of partial converters with bidirectional switches and the connection of a DC voltage source.
FIG 3 zeigt ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektrischen Anlage bei einem Hybridantrieb für ein Fahrzeug. Dabei ist an den Matrixumrichter MU eingangsseitig eine von einem Verbrennungsmotor gespeiste Drehstrommaschine 3 und ausgangsseitig ein Elektromotor 4 zum Antrieb eines Fahrzeugs angeschlossen. Der Verbrennungsmotor wird im idealen Be- triebspunkt gehalten, um konstant Energie in der Batterie 1 zu speichern und den Antrieb zu versorgen. Bei Bedarf wird die erforderliche Energie aus der Batterie 1 wieder entnom¬ men, um so Kraftstoff zu sparen. Die Bremsenergie kann in der Batterie 1 gespeichert werden. Über einen Wechselspannungsan- schluss 5 am Matrixumrichter MU kann die Batterie 1 aufgela¬ den werden. 3 shows an application example of the electrical system according to the invention in a hybrid drive for a vehicle. In this case, an electric motor 4 for driving a vehicle is connected to the matrix converter MU on the input side of a three-phase motor fed by an internal combustion engine and on the output side. The internal combustion engine is kept at the ideal operating point to constantly store energy in the battery 1 and to supply the drive. If necessary, the required energy is again entnom ¬ men from the battery 1, in order to save fuel. The braking energy can be stored in the battery 1. The battery can be 1 aufgela ¬ a Wechselspannungsan- circuit 5 to the matrix converter MU.
Ein weiteres sehr vorteilhaftes Anwendungsbeispiel ist bei Nutzung der erfindungsgemäßen elektrischen Anlage in Verbin- dung mit einer Windkraftanlage gegeben (s. FIG 4) . Ein Windge¬ nerator 6 ist eingangsseitig an den Matrixumrichter MU angeschlossen und speist ausgangsseitig elektrische Energie in ein öffentliches Netz mit der Spannung AC . Im Störfall wird der elektrische Strom der Batterie 1 entnommen und auf diese Weise für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung gesorgt. Another very advantageous application example is given when using the electrical system according to the invention in connection with a wind power plant (see FIG. A Windge ¬ erator 6 has its input side connected to the matrix converter MU and feeds its output side electrical energy in a public network with the voltage AC. In case of failure, the electric power of the battery 1 is removed and provided in this way for an uninterruptible power supply.
FIG 5 zeigt die Anwendung der elektrischen Anlage in Verbindung mit einem Fahrstuhlantrieb, wobei der Motor MO über den Matrixumrichter MU aus einem öffentlichen Netz mit der Spannung AC gespeist wird. Die an den Matrixumrichter MU ange¬ schlossene Batterie 1 wird unter Nutzung der Bremsenergie des Fahrstuhls aufgeladen und liefert bei Ausfall der Spannung AC die erforderliche elektrische Energie für den Notbetrieb. 5 shows the application of the electrical system in conjunction with an elevator drive, wherein the motor MO via the Matrix converter MU from a public grid with the voltage AC is fed. The connected to the matrix converter MU ¬ connected battery 1 is charged using the braking energy of the elevator and supplies in case of failure of the voltage AC, the required electrical energy for emergency operation.
Weiterhin wäre die erfindungsgemäße elektrische Anlage sehr vorteilhaft in Verbindung mit einem Pitchantrieb einer Wind¬ kraftanlage verwendbar. Auch hier könnte im Störfall, d.h. bei Spannungsabsenkung oder -ausfall die für den Stellantrieb erforderliche elektrische Energie zumindest vorübergehend ei¬ ner Batterie oder einem Kondensator entnommen werden. Furthermore, the electrical system according to the invention would be very advantageous used in conjunction with a pitch drive a wind power plant ¬ . Again, in case of failure, ie voltage reduction or failure, the required for the actuator electrical energy at least temporarily ei ¬ ner battery or a capacitor can be removed.

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektrische Anlage mit einem Matrixumrichter (MU) , der mehrere Eingangsklemmen (E1,E2,E3), mehrere Ausgangsklemmen (A1,A2,A3) und mehrere Teilumrichter aufweist, wobei die Ein¬ gangsklemmen (El , E2 , E3 ) j eweils über bidirektionale Schalter der Teilumrichter mit den Ausgangsklemmen (A1,A2,A3) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass an die Eingangsklemmen (E1,E2,E3) über einen Stromrichter (S) mindestens eine 1. Electrical system with a matrix converter (MU) having a plurality of input terminals (E1, E2, E3), a plurality of output terminals (A1, A2, A3) and a plurality of partial converter, wherein the input ¬ terminals (El, E2, E3) in each case connected via bidirectional switches of the partial converter with the output terminals (A1, A2, A3), characterized in that at the input terminals (E1, E2, E3) via a power converter (S) at least one
Gleichspannungsquelle (1,2) angeschlossen ist. DC voltage source (1,2) is connected.
2. Elektrische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsquelle (1,2) als Gleichspan¬ nungsspeicherelement ausgeführt ist. 2. Electrical system according to claim 1, characterized in that the DC voltage source (1,2) is designed as a DC clamping voltage ¬ memory element.
3. Elektrische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichspannungsspeicherelement eine Batterie3. Electrical system according to claim 1, characterized in that the DC voltage storage element is a battery
(1) ist. (1).
4. Elektrische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichspannungsspeicherelement ein Kondensator4. Electrical system according to claim 1, characterized in that the DC voltage storage element is a capacitor
(2) ist. (2) is.
5. Elektrische Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsquelle (1,2) über Freilaufdioden (Dl, D2, D3, D4, D5, D6) mit den Ausgangsklemmen (A1,A2,A3) verbunden ist, wobei die Freilaufdioden (Dl, D2, D3, D4, D5, D6) von den Ausgangsklemmen (A1,A2,A3) aus gese¬ hen in Sperrrichtung verschaltet sind. 5. Electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that the DC voltage source (1,2) via freewheeling diodes (Dl, D2, D3, D4, D5, D6) to the output terminals (A1, A2, A3) is connected, wherein the freewheeling diodes (Dl, D2, D3, D4, D5, D6) from the output terminals (A1, A2, A3) are connected from sailed ¬ hen in the reverse direction.
6. Elektrische Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Eingangsklemmen (E1,E2, E3) eine Spannung (AC) mit mehreren Phasenspannungen angeschlossen ist und ein Netzfilter vorgesehen ist. 6. Electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that to the input terminals (E1, E2, E3), a voltage (AC) is connected with a plurality of phase voltages and a line filter is provided.
7. Elektrische Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine von einem Verbrennungsmotor gespeiste Drehstrommaschine (3) an die Eingangsklemmen (El, E2,E3) und ein Elektromotor (4) eines Fahrzeugs an die Aus¬ gangsklemmen (A1,A2,A3) angeschlossen ist. 7. Electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that one of an internal combustion engine powered three-phase machine (3) to the input terminals (El, E2, E3) and an electric motor (4) of a vehicle to the output ¬ terminals (A1, A2, A3) is connected.
8. Elektrische Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Eingangsklemmen (E1,E2,8. Electrical installation according to one of the preceding claims, characterized in that to the input terminals (E1, E2,
E3) ein Windgenerator (6) und an die Ausgangsklemmen (A1,A2, A3) eine Spannung (AC) angeschlossen ist. E3) is a wind generator (6) and to the output terminals (A1, A2, A3), a voltage (AC) is connected.
9. Elektrische Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsquelle ein9. Electrical installation according to one of the preceding claims, characterized in that the DC voltage source a
Gleichspannungszwischenkreis eines Umrichters ist. DC voltage intermediate circuit of an inverter is.
10. Elektrische Anlage nach einem der vorangehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass an die Ausgangsklemmen (AI, A2,A3) ein Pitchantrieb einer Windkraftanlage angeschlossen ist . 10. Electrical installation according to one of the preceding Ansprü ¬ che, characterized in that at the output terminals (AI, A2, A3), a pitch drive of a wind turbine is connected.
11. Elektrische Anlage nach einem der vorangehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass an die Ausgangsklemmen (AI, A2,A3) ein Fahrstuhlantrieb angeschlossen ist. 11. Electrical installation according to one of the preceding Ansprü ¬ che, characterized in that at the output terminals (AI, A2, A3) an elevator drive is connected.
12. Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an den Eingangsklemmen (E1,E2,E3) jeweils eine Phasenspannung anliegt und die Phasenspannung mit dem jeweils höchsten Wert auf den Pluspol (P) des Stromrichters und die Phasenspannung mit dem jeweils niedrigsten Wert auf den Minuspol (M) des Stromrichters (S) geschaltet wird. 13. Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei Absenkung oder Ausfall der an den Eingangsklemmen (E1,E2,E3) anliegenden Phasenspannungen von der Gleichspannungsquelle elektrische Energie über die Ausgangsklemmen (A1,A2,A3) abgegeben wird. 12. A method for operating an electrical system according to one of claims 1 to 10, characterized in that at the input terminals (E1, E2, E3) in each case a phase voltage is applied and the phase voltage with the highest value in each case to the positive pole (P) of the power converter and the phase voltage is switched with the respective lowest value to the negative pole (M) of the power converter (S). 13. A method for operating an electrical system according to claim 11, characterized in that when lowering or failure of the input terminals (E1, E2, E3) applied phase voltages from the DC voltage source electrical energy via the output terminals (A1, A2, A3) is delivered ,
Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Anlage nach An .ch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Method for operating an electrical system according to An .ch 11 or 12, characterized in that the to the
Eingangsklemmen (E1,E2,E3) anliegenden Phasenspannungen von einem Windgenerator (6) erzeugt werden. Input terminals (E1, E2, E3) applied phase voltages from a wind generator (6) are generated.
15. Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Anlage nach An- spruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die an den15. A method of operating an electrical system according to claim 11 or 12, characterized in that the to the
Eingangsklemmen (E1,E2,E3) anliegenden Phasenspannungen durch einen von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Generator (3) erzeugt werden. Input terminals (E1, E2, E3) applied phase voltages by a driven by an internal combustion engine generator (3) are generated.
16. Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Anlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass an den Ausgangsklemmen (A1,A2,A3) ein Elektromotor (4) zum Fahrzeugantrieb angeschlossen ist und im Bremsbetrieb über den Elektro¬ motor (4) elektrische Energie zur Speicherung in dem Gleich- Spannungsspeicherelement (1,2) rückgespeist wird. 16. A method for operating an electrical system according to claim 11 or 12, characterized in that at the output terminals (A1, A2, A3), an electric motor (4) is connected to the vehicle drive and in braking mode via the electric motor ¬ (4) electrical energy is fed back for storage in the DC voltage storage element (1,2).
17. Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichspannungs¬ speicherelement (1,2) über einen Wechselspannungsanschluss (5) am Matrixumrichter (MU) aufgeladen wird. 17. A method for operating an electrical system according to claim 15, characterized in that the DC voltage ¬ memory element (1,2) via an AC voltage terminal (5) is charged to the matrix converter (MU).
18. Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Anlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichspannungsspeicherelement (1,2) über einen Fahrstuhlantrieb im Bremsbetrieb aufgeladen wird. 18. A method for operating an electrical system according to claim 11 or 12, characterized in that the DC voltage storage element (1,2) is charged via an elevator drive during braking operation.
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