WO2016005101A1 - Umrichter mit redundanter schaltungstopologie - Google Patents

Umrichter mit redundanter schaltungstopologie Download PDF

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WO2016005101A1
WO2016005101A1 PCT/EP2015/061932 EP2015061932W WO2016005101A1 WO 2016005101 A1 WO2016005101 A1 WO 2016005101A1 EP 2015061932 W EP2015061932 W EP 2015061932W WO 2016005101 A1 WO2016005101 A1 WO 2016005101A1
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circuit
voltage
converter
inverter
rectifier
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Marcel Lutze
Markus Pfeifer
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02M3/1588—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load comprising at least one synchronous rectifier element
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • the invention relates to an inverter for an aircraft.
  • the inverter has an intermediate circuit, via which a plurality of rectifiers are coupled to a plurality of inverters.
  • the invention comprises also an aircraft with the erfindungsge ⁇ MAESSEN inverter.
  • Inverters in electrically powered aircraft require a redundancy concept.
  • the redundancy can be generated by a parallel ⁇ circuit of multiple inverters and active rectifiers.
  • the power flow must be controlled via contactors.
  • the faulty module is disconnected from the drive system via the contactors.
  • the contactors are in ⁇ Due to the high currents to be switched but very big in its design. The weight of the shooter is unfavorable for application in the aircraft.
  • the invention has for its object to provide for a plane a redundant inverter, which has a compact design.
  • the invention comprises an aircraft converter, ie an inverter for an aircraft.
  • the inverter has an intermediate circuit for providing a DC voltage between a positive line and a negative line.
  • On the input side at least two rectifiers are at the intermediate circuit is closed ⁇ which are adapted to generate the DC voltage from input AC voltages.
  • the input alternating voltages may consist of a multiphase, for example example, a three-phase, supply system can be received, such as a generator.
  • the rectifiers can be passive or active rectifiers.
  • On the output side at least two inverters, which are designed to generate output AC voltages from the DC voltage, are connected to the DC link.
  • the AC output voltages of an inverter may form a multi-phase voltage system, in particular a three ⁇ phasiges voltage system.
  • DC voltage connections of the rectifier are connected to a first series connection.
  • the DC voltage connection of a rectifier is its DC output.
  • DC voltage connections of the inverters are connected to form a second series connection.
  • the DC voltage connection of an inverter is its DC input.
  • the rectifiers and the inverters are thus not connected in parallel to each other to the DC link, but in a series circuit.
  • the plus line and the minus line of the intermediate circuit are on the input side via the first series circuit, d. H. via the rectifiers, and on the output side via the second series connection, d. H. via the inverters, connected to each other. At least one of the
  • DC voltage terminals has a short circuit for shorting terminal contacts of the DC voltage terminal.
  • About the terminals of Gleichspan ⁇ connection is connected in the respective series circuit. Closing the short circuit will short the terminals. In other words, the respective rectifier or inverter is then ineffective in the series connection.
  • By opening the Kurz practitionerschal ⁇ tion of the current flowing through the series circuit current is passed through the rectifier or the inverter.
  • the invention affords the advantage that for switching to ⁇ or disconnection of a rectifier or AC judicature in the DC intermediate circuit only a one ⁇ times short circuit is needed instead of shooters can switch the multi-phase AC voltage lines and DC lines have as lelscaria in paral- of rectifiers and inverters is the case.
  • the invention also includes developments, the characteristics of which provide additional advantages.
  • the short-circuit scarf ⁇ processing is at least one DC voltage connection, which may be provided in an inverter or a rectifier formed by a the terminal contacts of the circuit connecting Gleichthesesan- semiconductor switch Sl.
  • a semiconductor switch is generally understood in particular to be an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • Another development provides that in at least one of the inverters, the short circuit by a
  • Half bridge is formed, which is also provided for generating the output AC voltages. So no separate semiconductor switch is used.
  • the half-bridge is connected between the terminal contacts of the DC voltage terminal and can also serve to short-circuit the terminal contacts. In this case, however, it is additionally provided that AC voltage outputs of the inverter, via which the output AC voltage can be transmitted to an electrical load, are likewise equipped for the short circuit.
  • each a semiconductor switch for blocking a current is provided with closed short circuit. In other words, at the half bridge the contact point between the semiconductor switches of the half-bridge is coupled to the connected consumer via a further semiconductor switch.
  • a development uses the targeted or controllable Zu ⁇ switching and switching off an inverter or a rectifier via the short circuit.
  • At least one of the rectifiers and / or at least one of the inverters each have a plurality of half bridges, each having at least two semiconductor switches.
  • a monitoring device is designed to detect a defective semiconductor switch in the half bridges, which is permanently switched to an electrically conductive state, ie remains in the electrically conductive state. In the case of a semiconductor switch, this may be the case when the barrier layer is destroyed. This is called breakdown.
  • the About ⁇ monitoring device is designed further to the short-circuit device of that DC voltage connection, via which the defective semiconductor switch connected in the series circuit to close shortly. Then no current can flow from the intermediate circuit via the defective semiconductor switch, for example into a connected electrical load.
  • a driver circuit For detecting the defective semiconductor switch at ⁇ a driver circuit can be used as play, which is referred to in the art as a gate driver.
  • ⁇ means of the driver circuit, one above the semiconductor switch ter falling voltage are detected. If a voltage value of this voltage is less than a predetermined threshold value, although a switching signal is intended to switch the semiconductor switch into a blocking state, then it can be assumed that the semiconductor switch remains permanently or uncontrollably permanently in an electrically conductive state.
  • a permanently conductive semiconductor switch can also be detected via the switch voltages of the non-defective semiconductor switch, since the resulting short-circuit current causes a voltage increase.
  • the plus ⁇ line and the minus line are connected via a battery in the intermediate circuit.
  • battery is meant here an electrical accumulator which can absorb and deliver electrical energy and which
  • the rectifier and / or the inverters preferably each have their own smoothing capacitor. As a result, the voltage of the DC link is split between the rectifiers and inverters, and local DC links are formed.
  • a further development prevents short circuiting of the DC voltage connections, for example, the smoothing capacitor or half bridges in the interior of the rectifier or inverter are also short-circuited.
  • This wide Erbil ⁇ dung provides that at least one of the DC terminals including a decoupling circuit.
  • the Entkopp ⁇ development circuit may be provided by a willingness semiconductor switch S2.
  • the decoupling circuit is designed to block a current between the DC voltage connection and half ⁇ bridges of the rectifier or inverter at least unidirectional. Unidirectional is the blockade at a semiconductor switch with diode.
  • the decoupling ⁇ circuit may also be designed to block a current between a smoothing capacitor and the DC voltage connection, at least unidirectionally.
  • a development utilizes that, in the case of a rectifier or an inverter, the DC voltage connection can have both a short circuit and a decoupling circuit.
  • a control device is designed to alternately scarf ⁇ th the decoupling circuit and the short circuit a Hochsetzsteller memori or a
  • Buck converter operation of the respective rectifier or inverter having the DC voltage terminal to effect can advantageously be provided by a rectifier partial voltage to the
  • DC voltage can be adjusted in the DC link.
  • a voltage drop across the smoothing capacitor can be set independently of the DC voltage of the DC link.
  • the invention also includes an aircraft.
  • the aircraft is in particular a fixed-wing aircraft.
  • the aircraft is an electrically powered aircraft, ie an ePlane.
  • the aircraft has an electric drive mode for propelling a propeller of the aircraft.
  • the on ⁇ drive motor is coupled via an inverter with an electric generator.
  • the inverter is an execution ⁇ form of the converter according to the invention.
  • the generator may for example by an internal combustion engine, ie a Ot ⁇ tomotor or a diesel engine or a turbine to be driven.
  • the rotor of the aircraft propeller. Due to the inventive aircraft, the advantages result in part that no complex wiring of the rectifier and inverter of the inverter via contactors is needed to to provide a redundant inverter.
  • the plane This makes it particularly easy and compact.
  • the generator has at least two independent multiphase coil arrangements, for example at least two independent three-phase coil arrangements.
  • Each of the multiphase coil arrangements is connected to another rectifier of the converter.
  • Each coil arrangement is designed to provide or generate a respective input AC voltage for the respective rectifier in a plurality of AC lines.
  • the drive motor has at least two independent polyphase coil arrangements and each of the multiphase coil arrangements is connected to a different inverter of the converter.
  • a stator of the drive motor has a plurality of independent polyphase coil assemblies, for example, three phase coil assemblies.
  • the corresponding rectifier or inverter can be decoupled by activating the short circuit of the inverter for this rectifier or inverter from the inverter.
  • Embodiments of the invention are be ⁇ wrote. This shows: 1 shows a schematic representation of an embodiment of the inverter according to the invention;
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a short-circuit ⁇ circuit according to an embodiment of the inverter according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a further embodiment of the converter according to the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a further embodiment of the converter according to the invention with passive rectifiers
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an embodiment of the aircraft according to the invention.
  • the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another, which also each independently further develop the invention and therefore also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.
  • FIG. 1 shows a converter 1 with a rectifier arrangement 2, an intermediate circuit 3 and an inverter arrangement 4.
  • an electric generator 5 and an electric drive motor 6 can be coupled or interconnected.
  • the arrangement shown in FIG may for example be provided in an electrically powered aircraft.
  • a propeller of the aircraft can be driven.
  • the generator 5 can be driven, for example, by an internal combustion engine (not shown).
  • the rectifier arrangement 2 of the converter 1 has two rectifiers 7, which may have the same construction.
  • Each rectifier 7 can be electrically coupled to a generator coil system Gl, G2 of the generator 5 via AC voltage lines 8.
  • the generator coil systems Gl, G2 are two spaced-iso ⁇ profiled winding systems each for generating a multi ⁇ phase-phase current, for example a three-phase rotary current.
  • the generator coil systems Gl, G2 each represent a multi-phase coil arrangement.
  • the two winding systems generator Gl, G2 may also be provided by two different? ⁇ che generators.
  • Each rectifier 7 may comprise half-bridges 9 in a manner known per se in order to convert, with a respective half bridge 9, the input AC voltage received via one of the AC voltage lines 8 into a partial voltage 10 in a manner known per se.
  • the partial voltage 10 is a DC voltage.
  • the partial voltage 10 can be generated at a DC voltage connection 11 connection contacts 12 or prepared ⁇ provided.
  • the rectifiers 7 are designed as active rectifiers.
  • the half-bridges 9 of the active rectifier 7 have semiconductor switches 13, of which only a few are provided with a reference numeral in FIG. 1 for the sake of clarity.
  • Each rectifier 7 may further comprise the smoothing capacitor C, over which a partial voltage of the intermediate circuit 3 drops.
  • the DC voltage connections 11 are connected together to form a series circuit 14. Through the series circuit 14 are a positive line 15 and a ne negative lead 16 of the intermediate circuit 3 connected to each other.
  • each rectifier 7 a semiconductor switch Sl is provided, via which the respective rectifier 7 can be switched in accordance with a control signal in the series circuit 14 or can be switched ineffective in the series circuit 14.
  • the connection ⁇ contacts 12 are connected via the semiconductor switch Sl.
  • the semiconductor switch Sl represents a short circuit of the DC voltage terminal 11. By closing the semiconductor switch Sl, the terminal contacts 12 of the DC voltage terminal 11 are short-circuited. Thus, the rectifier 7 is ineffective in the series circuit 14. By opening the semiconductor switch Sl, the partial voltage 10 can be provided between the terminal contacts 12.
  • the DC voltage terminal 11 may further comprise a semiconductor switch S2, which constitutes a decoupling circuit.
  • the semiconductor switch S2 connects one of the connection contacts 12 with the half bridges 9.
  • the smoothing capacitor C is connected to one of the connection contacts 12 via the semiconductor switch S2.
  • a current flow between the half-bridge ⁇ 9 and the connection contact 12 is blocked or at Before ⁇ handensein a diode unidirectional blocked.
  • a current flow between the smoothing capacitor C and the terminal contact 12 is blocked.
  • the half bridges are connected to the terminal contact 12. The same applies to the Glättungskondensa ⁇ tor C.
  • the semiconductor switches 13 and the semiconductor switches Sl, S2 can each be configured as an IGBT or as a MOSFET.
  • the semiconductor switches Sl, S2 need in particular no
  • the semiconductor switches 13, Sl, S2 may be provided as semiconductor modules or submodules 17 for short, so for example be arranged on a common semiconductor substrate.
  • the partial voltages 10 are added up to a DC voltage 18, which is provided in the intermediate circuit 3 between the positive conductor 15 and the negative conductor 16.
  • the positive conductor 15 and the negative conductor 16 may each be provided for example by a wire or a current ⁇ rail.
  • the intermediate circuit 3 a battery B, for example ⁇ have an electrochemical accumulator with galvanic cells.
  • the battery B does not have to perform voltage smoothing of the DC voltage 18, since the rectifiers 7 have their own smoothing capacitors C.
  • reactors L for example electrical coils, may be provided in the intermediate circuit 3.
  • the drive motor 6 may also have two separate motor coil systems Ml, M2.
  • the motor coil systems Ml, M2 each represent a multi-phase coil arrangement.
  • the motor coil systems Ml, M2 may be provided in differing ⁇ chen drive motors.
  • the inverter arrangement 4 has two inverters 19, each of which is connected via alternating voltage lines 20 to another of the motor coil systems M 1, M 2.
  • the inverters 19 may be identical to the rectifiers 7.
  • the inverters 19 can be operated as pulse inverters. They have to half bridges 9 with semiconductor switches 13. Of the semiconductor switches 13 of the inverter 9 are provided for clarity, only a few with a reference numeral.
  • Each inverter 19 may have a smoothing capacitor C.
  • the inverters 19 are connected to the intermediate circuit 13 via a respective DC voltage connection 11, whereby connection contacts 12 of the DC voltage connections 11 are connected to one another. ner series circuit 21 are connected. In each case a partial voltage 24 of the DC voltage 18 drops between the connection contacts 12 of the inverters 19.
  • the DC voltage terminals 11 of the inverter 19 may each have a semiconductor switch Sl, through which a short circuit for the terminal contacts 12 is gebil ⁇ det.
  • a semiconductor switch S2 can be provided, by means of which a decoupling circuit is provided, by means of which a current flow between one of the connection contacts 12 and the half bridges 13 and / or the smoothing capacitor C can be effected by closing the semiconductor switch S2.
  • the connection contact 12 and the half bridges 13 and / or the smoothing capacitor C are connected via the semiconductor switch S2.
  • the smoothing capacitors C each represent a local DC link capacitor.
  • the converter 1 may have a control device 22, by which semiconductor switches 13, Sl, S2 can be switched so that they change between an electrically conductive state and an electrically blocking state.
  • the semiconductor switches 13, Sl, S2 of the inverters 19 may each be provided in an inverter 19 by a submodule 23 which may be formed, for example, on the basis of a common semiconductor substrate.
  • the STEU ⁇ er Love 22 may be formed, for example on the basis of a microprocessor or microcontroller.
  • the control device 22 may be at least partially distributed to the half ⁇ bridges 9. For example, they may include the half-bridge driver 9 ⁇ circuits of the semiconductor switches. 13 Through the series circuit 14, the rectifier 7 are connected in series.
  • the smoothing capacitors C are charged.
  • the partial voltage 10 of a smoothing capacitor C can via the generator windings of Generator coil systems Gl, G2 and corresponding clocking of the active rectifier 7 can be adjusted.
  • the rectifier 7 Via the switches Sl, S2, the rectifier 7 can be ge to the battery ⁇ connected in parallel. This will charge the battery. This results in the following switching combinations:
  • the partial voltage 10 of the two rectifiers is preferably the same size.
  • the inverters 19 there are a number of switching possibilities on the basis of the semiconductor switches S1, S2 of the DC voltage connections 11 of the inverters 19.
  • the motor coil systems M1, M2 are each driven via one of the inverters 19.
  • Each inverter 19 in this case represents a pulse inverter.
  • the semiconductor switches Sl, S2 the inverter 19 can be connected to the battery B or separated from it.
  • the battery voltage corresponds to the DC voltage 18.
  • the partial voltages 24 of the rescue capacitors C in the inverters 19 may be greater in total than the battery voltage. However, they must in total correspond to at least the battery voltage if no boost converter is provided during operation. If both inverters 19 are in operation, then the respective partial voltage 24 of the two inverters is preferably the same size.
  • the following modes of operation of the converter which can be set, for example, by the control device 22. In one mode of operation, only one rectifier ⁇ 7 and only one inverter 19 is possible. The other rectifier 7 and inverter 19 are separated from the circuits by closing the semiconductor switch Sl. This results in a cold redundancy in the inverter 1. That is, in the event of error, the switch Sl is opened and S2 closed, where ⁇ be loaded with the previously unavailable rescue capacitors C. In other words, the remaining rectifiers or inverters are connected in the series circuit 14, 21.
  • all rectifiers 7 and all inverters 19 are in operation, wherein a clocking of the semiconductor switches Sl, S2 is performed. All rectifiers and inverters are in each case open across semiconductor switches S1 and closed semiconductor switches S2 with an alternating clocking of S1 and S2 in one
  • the individual rectifiers 7 are preferably clocked in their half bridges 9 offset in order to reduce a current ripple in the inductor L.
  • one of the rectifier 7 or inverter 19 may, for example by the control device following Procedures are performed.
  • the control device In case of failure of a DC ⁇ judge or an inverter whose semiconductor switch ⁇ Sl can be closed, whereby the faulty circuit part of the power supply circuit, ie the DC link 3, is disconnected.
  • the semiconductor switches 13 of the half-bridges 9 can be opened. The supply circuit is not interrupted in its process for the other rectifiers and inverters.
  • the semiconductor switch Sl and the semiconductor switch S2 can rectifier 19 short-circuit this inverter input side along with a half-bridge 9 of a change ⁇ , ie the terminals short 12th Then, the closed half bridge 9 represents the short circuit of this inverter.
  • FIG. 2 shows a solution to the problem that due to the parallel next to an IGBT diodes (not shown in Figure 2) in a permanent short circuit of an IGBT, the directly connected winding of a motor coil system is shorted. This causes losses in the drive motor. The same applies to a generator.
  • the solution is shown only for an inverter 19. This can also be done analogously with a rectifier 7.
  • the motor coil system Ml can be separated by two additional semiconductor switches S3 per inverter or rectifier by switching in the current zero crossing of the inverter 19 and active rectifier 7.
  • the additional semiconductor switches S3 are closed ("normally on") during operation of the converter 1.
  • the semiconductor switches S3 serve to prevent a short-circuited winding in the event of a fault of one of the half-bridges 9, when one of the semiconductor switches 13 is continuously in the electrically conductive state.
  • the converter 1 results overall in a circuit topology for a modular high-frequency converter for meeting redundancy requirements in an electrically driven aircraft. It can structurally identical submodules 17, 23 are used to connect the generator and the motor to the Batte ⁇ B rie. FIG. 1 shows how a double redundancy can be provided without contactors.
  • N inverter 19th N is an integer greater than 1.
  • FIG. 4 illustrates how, by modifying the converter 1, the rectifiers 7 can be reduced to a respective passive rectifier, in which instead of the semiconductor switches 13 in the half bridges 9 diodes 25 are provided.
  • the half bridges 9 itself set here in each case a short circuit to bridge the respective generator coil systems Gl, G2, GN.
  • the generator coil systems Gl, G2, GN can in this case each ⁇ wells, as illustrated in FIG 2, be connected via switch S3 to the diode rectifiers.
  • FIG. 5 illustrates how the converter 1 can be provided by way of example in an aircraft 26. 4 shows a fixed-wing aircraft 26, in which a propeller 27 can be driven by the drive motor 6.
  • the propeller 27 is rotated via a shaft 28 by the drive motor 6.
  • the drive motor 6 is in the example an electric Ma ⁇ machine, which is operated in the motor mode.
  • the energy for driving the propeller 27 can be obtained by a Brennkraftma ⁇ machine 29, which is, for example, to a gasoline engine or a diesel engine or a turbine can act.
  • the internal combustion engine 29 can drive the generator 5 via a shaft 30.
  • an electric generator an electric machine may be provided in the generator mode.
  • the rotational speed of the shaft 30 is independent of a rotational speed of the shaft 28.
  • the alternating voltage generated by the generator 5 is converted in the described manner via the converter 1 into alternating voltage which is fed into the drive motor 6 via the alternating voltage phase conductors 9 can be.
  • a switching frequency of the inverter 7 is set by the control device 22 as a function of a setpoint speed of the propeller 27.
  • the setpoint speed can be set or predetermined by a pilot, for example, by means of a control element (
  • the example shows how the invention can provide a redundant circuit topology for an ePlane converter oh ⁇ ne contactors.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Umrichter (1) für ein Flugzeug, mit einem Zwischenkreis (3) zum Bereitstellen einer Gleichspannung (18) zwischen einer Plusleitung (15) und einer Minusleitung (16), mindestens zwei am Zwischenkreis (3) angeschlossenen Gleichrichtern (7) zum Erzeugen der Gleichspannung (18) aus Eingangs-Wechselspannungen und mindestens zwei am Zwischenkreis (3) angeschlossenen Wechselrichtern (19) zum Erzeugen von Ausgangs-Wechselspannungen aus der Gleichspannung (18). Der Umrichter soll für den Flugzeugbau kompakt ausgestaltet sein. Hierzu sind die Gleichspannungsanschlüsse (11) der Gleichrichter (7) zu einer ersten Reihenschaltung (14) und Gleichspannungsanschlüsse (11) der Wechselrichter (19) zu einer zweiten Reihenschaltung (21) verschaltet. Die Plusleitung (15) und die Minusleitung (16) des Zwischenkreises (3) sind eingangsseitig über die erste Reihenschaltung (14) und ausgangsseitig über die zweite Reihenschaltung (21) miteinander verbunden. Zumindest einer der Gleichspannungsanschlüsse (11) weist eine Kurzschlussschaltung (S1, 9) zum Kurzschließen von Anschlusskontakten (12) auf, über welche der Gleichspannungsanschluss (11) in die jeweilige Reihen- Schaltung (14, 21) geschaltet ist.

Description

Beschreibung
Umrichter mit redundanter Schaltungstopologie Die Erfindung betrifft einen Umrichter für ein Flugzeug. Der Umrichter weist einen Zwischenkreis auf, über welchen mehrere Gleichrichter mit mehreren Wechselrichtern gekoppelt sind. Zu der Erfindung gehört auch ein Flugzeug mit dem erfindungsge¬ mäßen Umrichter.
Umrichter in elektrisch angetriebenen Flugzeugen benötigen ein Redundanzkonzept. Die Redundanz kann durch eine Parallel¬ schaltung von mehreren Wechselrichtern und aktiven Gleichrichtern erzeugt werden. In einer Parallelschaltung muss der Leistungsfluss aber über Schütze gesteuert werden. Denn im Fehlerfall wird die fehlerhafte Baugruppe über die Schütze aus dem Antriebssystem weggeschaltet. Die Schütze sind auf¬ grund der hohen zu schaltenden Ströme in ihrer Bauform jedoch sehr groß. Das Gewicht der Schütze ist für die Anwendung im Flugzeug unvorteilhaft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Flugzeug einen redundanten Umrichter bereitzustellen, der eine kompakte Bauform aufweist.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Pa¬ tentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin¬ dung sind durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche gegeben .
Die Erfindung umfasst einen Flugzeug-Umrichter, d.h. einen Umrichter für ein Flugzeug. Der Umrichter weist einen Zwischenkreis zum Bereitstellen einer Gleichspannung zwischen einer Plusleitung und einer Minusleitung auf. Eingangsseitig sind am Zwischenkreis mindestens zwei Gleichrichter ange¬ schlossen, die zum Erzeugen der Gleichspannung aus Eingangs- Wechselspannungen ausgelegt sind. Die Eingangs- Wechselspannungen können aus einem mehrphasigen, beispiels- weise einem dreiphasigen, Versorgungssystem empfangen werden, beispielsweise einem Generator. Bei den Gleichrichtern kann es sich um passive oder aktive Gleichrichter handeln. Aus- gangsseitig sind am Zwischenkreis mindestens zwei Wechsel- richter angeschlossen, die zum Erzeugen von Ausgangs- Wechselspannungen aus der Gleichspannung ausgelegt sind. Die Ausgangs-Wechselspannungen eines Wechselrichters können ein mehrphasiges Spannungssystem bilden, insbesondere ein drei¬ phasiges Spannungssystem.
Um nun den Umrichter kompakt ausgestalten zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass Gleichspannungsanschlüsse der Gleichrichter zu einer ersten Reihenschaltung verschaltet sind. Der Gleichspannungsanschluss eines Gleichrichters ist sein Gleichspannungsausgang. Des Weiteren sind Gleichspannungsanschlüsse der Wechselrichter zu einer zweiten Reihenschaltung verschaltet. Der Gleichspannungsanschluss eines Wechselrichters ist sein Gleichspannungseingang. Die Gleichrichter und die Wechselrichter sind somit jeweils nicht pa- rallel zueinander an den Zwischenkreis angeschlossen, sondern in einer Reihenschaltung. Die Plusleitung und die Minusleitung des Zwischenkreises sind eingangsseitig über die erste Reihenschaltung, d. h. über die Gleichrichter, und ausgangs- seitig über die zweite Reihenschaltung, d. h. über die Wech- selrichter, miteinander verbunden. Zumindest einer der
Gleichspannungsanschlüsse weist eine Kurzschlussschaltung zum Kurzschließen von Anschlusskontakten des Gleichspannungsanschlusses auf. Über die Anschlusskontakte ist der Gleichspan¬ nungsanschluss in die jeweilige Reihenschaltung geschaltet. Durch Schließen der Kurzschlussschaltung werden die Anschlusskontakte kurzgeschlossen. Mit anderen Worten ist der jeweilige Gleichrichter oder Wechselrichter dann in der Reihenschaltung wirkungslos. Durch Öffnen der Kurzschlussschal¬ tung wird der durch die Reihenschaltung fließende Strom über den Gleichrichter oder den Wechselrichter geführt.
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass zum Zu¬ schalten oder Wegschalten eines Gleichrichters oder Wechsel- richters im Gleichspannungs-Zwischenkreis lediglich eine ein¬ fache Kurzschlussschaltung nötig ist anstelle von Schützen, die mehrphasige Wechselspannungs-Leitungen und Gleichspannungsleitungen schalten können müssen, wie es bei der Paral- lelschaltung von Gleichrichtern und Wechselrichtern der Fall ist .
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche Vorteile ergeben.
Gemäß einer Weiterbildung ist bei mindestens einem Gleich- spannungsanschluss , der in einem Wechselrichter oder in einem Gleichrichter bereitgestellt sein kann, die Kurzschlussschal¬ tung durch einen die Anschlusskontakte des Gleichspannungsan- Schlusses verbindenden Halbleiterschalter Sl gebildet. Im Zusammenhang mit der Erfindung ist unter einem Halbleiterschalter allgemein insbesondere ein IGBT ( Insulated-Gate Bipolar Transistor) oder ein MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) zu verstehen. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass ein einzelner Halbleiterschal¬ ter genügt, um den Gleichrichter oder Wechselrichter aus der Reihenschaltung auszukoppeln.
Eine andere Weiterbildung sieht vor, dass bei mindestens ei- nem der Wechselrichter die Kurzschlussschaltung durch eine
Halbbrücke gebildet ist, die auch zum Erzeugen der Ausgangs- Wechselspannungen vorgesehen ist. Es wird also kein separater Halbleiterschalter verwendet. Die Halbbrücke ist zwischen die Anschlusskontakte des Gleichspannungsanschlusses geschaltet und kann ebenfalls zum Kurzschließen der Anschlusskontakte dienen. Hierbei ist aber zusätzlich vorgesehen, dass Wechselspannungsausgänge des Wechselrichters, über welche die Ausgangs-Wechselspannung an einen elektrischen Verbraucher übertragen werden kann ebenfalls für den Kurzschluss gerüstet sind. Hierzu ist vorgesehen, dass zusätzlich an den Wechsels¬ pannungsausgängen jeweils ein Halbleiterschalter zum Blockieren eines Stromes bei geschlossener Kurzschlussschaltung bereitgestellt ist. Mit anderen Worten ist bei der Halbbrücke der Kontaktpunkt zwischen den Halbleiterschaltern der Halbbrücke über einen weiteren Halbleiterschalter mit dem angeschlossenen Verbraucher gekoppelt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass bei geschlossener Kurzschlussschaltung, wenn also die Halbbrücke vollständig in einen elektrisch leitenden Zustand geschaltet ist und hierdurch die Anschlusskontakte kurzgeschlossen sind, kein Strom in den elektrischen Verbraucher abfließen kann. Hierdurch wird beispielsweise vermieden, dass ein elektrischer Verbraucher mit dem Wechselrichter wei- terhin elektrisch verbunden ist.
Eine Weiterbildung nutzt das gezielte oder steuerbare Zu¬ schalten und Abschalten eines Wechselrichters oder eines Gleichrichters über die Kurzschlussschaltung. Bei einer de- fekten Halbbrücke wird der zugehörige Gleichrichter oder
Wechselrichter im Betrieb des Umrichters vom Zwischenkreis entkoppelt. Bei dieser Weiterbildung weist mindestens einer der Gleichrichter und/oder mindestens einer der Wechselrichter jeweils mehrere Halbbrücken auf, die jeweils mindestens zwei Halbleiterschalter aufweisen. Eine Überwachungseinrichtung ist dazu ausgelegt, in den Halbbrücken einen defekten Halbleiterschalter zu detektieren, der dauerhaft in einen elektrisch leitenden Zustand geschaltet ist, d.h. in dem elektrisch leitenden Zustand verharrt. Bei einem Halbleiter- Schalter kann dies bei einer Zerstörung der Sperrschicht der Fall sein. Dies wird als Durchlegieren bezeichnet. Die Über¬ wachungseinrichtung ist des Weiteren dazu ausgelegt, die Kurzschlusseinrichtung desjenigen Gleichspannungsanschlusses, über welchen dieser defekte Halbleiterschalter in die Reihen- Schaltung geschaltet ist, kurz zu schließen. Dann kann aus dem Zwischenkreis kein Strom über den defekten Halbleiterschalter beispielsweise in einen angeschlossenen elektrischen Verbraucher fließen. Zum Detektieren des defekten Halbleiterschalters kann bei¬ spielsweise eine Treiberschaltung genutzt werden, die im Stand der Technik auch als Gate-Treiber bezeichnet wird. Mit¬ tels der Treiberschaltung kann eine über dem Halbleiterschal- ter abfallende elektrische Spannung erfasst werden. Ist ein Spannungswert dieser Spannung kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert, obwohl ein Schaltsignal den Halbleiterschalter in einen sperrenden Zustand schalten soll, so ist davon aus- zugehen, dass der Halbleiterschalter unkontrollierbar oder unsteuerbar dauerhaft in einem elektrisch leitenden Zustand verharrt. Alternativ dazu kann über die Schalterspannungen der nicht-defekten Halbleiterschalter ebenfalls ein dauerhaft leitender Halberleiterschalter erkannt werden, da der entste- hende Kurzschlussstrom eine Spannungserhöhung bewirkt.
Gemäß einer Weiterbildung sind in dem Zwischenkreis die Plus¬ leitung und die Minusleitung über eine Batterie verbunden. Mit Batterie ist hier ein elektrischer Akkumulator gemeint, der elektrische Energie aufnehmen und abgeben kann und die
Energie Zwischenspeichern kann. Diese Weiterbildung weist den Vorteil auf, dass ein und dieselbe Batterie ohne Umschaltme¬ chanismen, wie beispielsweise einem Schütz, von allen Gleichrichtern und allen Wechselrichtern zum Speichern von Energie genutzt werden kann.
Die Gleichrichter und/oder die Wechselrichter weisen bevorzugt jeweils einen eigenen Glättungskondensator auf. Hierdurch wird die Spannung des Zwischenkreises auf die Gleich- richter bzw. Wechselrichter aufgeteilt und lokale Zwischenkreise gebildet.
Eine Weiterbildung verhindert, dass beim Kurzschließen der Gleichspannungsanschlüsse auch z.B. der Glättungskondensator oder Halbbrücken im Inneren des Gleichrichters oder Wechselrichters ebenfalls kurzgeschlossen werden. Diese Weiterbil¬ dung sieht vor, dass mindestens einer der Gleichspannungsanschlüsse eine Entkopplungsschaltung aufweist. Die Entkopp¬ lungsschaltung kann durch einen Halbleiterschalter S2 bereit- gestellt sein. Die Entkopplungsschaltung ist dazu ausgelegt, einen Strom zwischen dem Gleichspannungsanschluss und Halb¬ brücken des Gleichrichters oder Wechselrichters zumindest unidirektional zu blockieren. Unidirektional ist die Blockade bei einem Halbleiterschalter mit Diode. Die Entkopplungs¬ schaltung kann auch dazu ausgelegt sein, einen Strom zwischen einem Glättungskondensator und dem Gleichspannungsanschluss zumindest unidirektional zu blockieren.
Eine Weiterbildung nutzt aus, dass bei einem Gleichrichter oder bei einem Wechselrichter der Gleichspannungsanschluss sowohl eine Kurzschlussschaltung als auch eine Entkopplungsschaltung aufweisen kann. Bei dieser Weiterbildung ist eine Steuereinrichtung dazu ausgelegt, durch abwechselndes Schal¬ ten der Entkopplungsschaltung und der Kurzschlussschaltung einen Hochsetzstellerbetrieb oder einen
Tiefsetzstellerbetrieb des jeweiligen Gleichrichters oder Wechselrichters, der den Gleichspannungsanschluss aufweist, zu bewirken. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise die von einem Gleichrichter bereitgestellte Teilspannung an die
Gleichspannung im Zwischenkreis angepasst werden. Genauso kann eine über dem Glättungskondensator abfallende Spannung unabhängig von der Gleichspannung des Zwischenkreises einge- stellt werden.
Zu der Erfindung gehört auch ein Flugzeug. Bei dem Flugzeug handelt es sich insbesondere um ein Starrflügelflugzeug. Das Flugzeug ist ein elektrisch angetriebenes Flugzeug, d. h. ein ePlane. Das Flugzeug weist einen elektrischen Antriebsmodus zum Antreiben eines Propellers des Flugzeugs auf. Der An¬ triebsmotor ist über einen Umrichter mit einem elektrischen Generator gekoppelt. Der Umrichter stellt eine Ausführungs¬ form des erfindungsgemäßen Umrichters dar. Der Generator kann beispielsweise durch eine Brennkraftmaschine, d.h. einen Ot¬ tomotor oder einen Dieselmotor oder eine Turbine, angetrieben sein. Für den Fall, dass das Flugzeug als Drehflügler ausge¬ staltet ist, stellt der Rotor des Flugzeugs den Propeller dar. Durch das erfindungsgemäße Flugzeug ergibt sich der Vor- teil, dass keine aufwendige Verschaltung der Gleichrichter und Wechselrichter des Umrichters über Schütze nötig ist, um einen redundanten Umrichter bereitzustellen. Das Flugzeug kann hierdurch besonders leicht und kompakt ausgestaltet sein .
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Generator mindestens zwei unabhängige Mehrphasen-Spulenanordnungen, beispielsweise mindestens zwei unabhängige Dreiphasen-Spulenanordnungen, aufweist. Jede der Mehrphasen-Spulenanordnungen ist dabei an einem anderen Gleichrichter des Umrichters angeschlossen. Bei dieser Weiterbildung sind die Mehrphasen-Spulenanordnungen in demselben Generator, d. h. im selben Stator des Generators, angeordnet. Jede Spulenanordnung ist dabei dazu ausgelegt, in mehreren Wechselspannungs-Leitungen eine jeweilige Eingangs- Wechselspannung für den jeweiligen Gleichrichter bereitzustellen oder zu erzeugen. Diese Weiterbildung weist den Vor- teil auf, dass das Flugzeug auch generatorseitig redundant ausgelegt ist, ohne dass hierzu mehrere Generatoren nötig sind .
Eine Weiterbildung sieht entsprechend vor, dass der Antriebs- motor mindestens zwei unabhängige Mehrphasen- Spulenanordnungen aufweist und jede der Mehrphasen- Spulenanordnungen an einem anderen Wechselrichter des Umrichters angeschlossen ist. Mit anderen Worten weist ein Stator des Antriebsmotors mehrere unabhängige Mehrphasen- Spulenanordnungen, beispielsweise Dreiphasen- Spulenanordnungen, auf. Durch diese Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass mit nur einem einzelnen Antriebsmotors den¬ noch ein redundanter Antrieb für den Propeller bereitgestellt ist .
Falls eine Spulenanordnung des Generators oder des Antriebs¬ motors defekt ist, kann der entsprechende Gleichrichter oder Wechselrichter durch Aktivieren der Kurzschlussschaltung des Umrichters für diesen Gleichrichter oder Wechselrichter vom Umrichter entkoppelt werden.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung be¬ schrieben. Hierzu zeigt: FIG 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umrichters;
FIG 2 eine schematische Darstellung einer Kurzschluss¬ schaltung gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umrichters;
FIG 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umrichters;
FIG 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umrichters mit passiven Gleichrichtern;
FIG 5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flugzeugs.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen han- delt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiter- bilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
FIG 1 zeigt einen Umrichter 1 mit einer Gleichrichteranord- nung 2, einen Zwischenkreis 3 und einer Wechselrichteranord¬ nung 4. Über den Umrichter 1 können ein elektrischer Generator 5 und ein elektrischer Antriebsmotor 6 miteinander gekoppelt oder verschaltet sein. Die in FIG 1 gezeigte Anordnung kann beispielsweise in einem elektrisch angetriebenen Flugzeug bereitgestellt sein. Mittels des Antriebsmotors 6 kann ein Propeller des Flugzeugs angetrieben werden. Der Generator 5 kann beispielsweise durch eine (nicht dargestellte) Brenn- kraftmaschine angetrieben werden.
Die Gleichrichteranordnung 2 des Umrichters 1 weist in dem in FIG 1 gezeigten Beispiel zwei Gleichrichter 7 auf, die die gleiche Bauweise aufweisen können. Jeder Gleichrichter 7 kann mit einem Generatorspulensystem Gl, G2 des Generators 5 elektrisch über Wechselspannungsleitungen 8 gekoppelt sein. Die Generatorspulensysteme Gl, G2 sind zwei voneinander iso¬ lierte Wicklungssysteme zum jeweiligen Erzeugen eines Mehr¬ phasen-Drehstroms, beispielsweise eines Dreiphasen- Drehstroms. Die Generatorspulensysteme Gl, G2 stellen jeweils eine Mehrphasen-Spulenanordnung dar. Die beiden Generatorwicklungssysteme Gl, G2 können auch durch zwei unterschiedli¬ che Generatoren bereitgestellt sein. Jeder Gleichrichter 7 kann in an sich bekannter Weise Halbbrücken 9 aufweisen, um mit einer jeweiligen Halbbrücke 9 die über eine der Wechselspannungsleitungen 8 empfangene Ein- gangs-Wechselspannung in an sich bekannter Weise in eine Teilspannung 10 umzuwandeln. Die Teilspannung 10 ist eine Gleichspannung. Die Teilspannung 10 kann an einem Gleichspan- nungsanschluss 11 Anschlusskontakten 12 erzeugt oder bereit¬ gestellt werden. In FIG 1 sind die Gleichrichter 7 als aktive Gleichrichter ausgebildet. Die Halbbrücken 9 der aktiven Gleichrichter 7 weisen Halbleiterschalter 13 auf, von denen in FIG 1 der Übersichtlichkeit halber nur einige mit einem Bezugszeichen versehen sind. Jeder Gleichrichter 7 kann des Weiteren den Glättungskondensator C aufweisen, über welchem eine Teilspannung des Zwischenkreises 3 abfällt. Bei der Gleichrichteranordnung 2 sind die Gleichspannungsanschlüsse 11 zu einer Reihenschaltung 14 zusammengeschaltet. Durch die Reihenschaltung 14 sind eine Plusleitung 15 und ei- ne Minusleitung 16 des Zwischenkreises 3 miteinander verbunden .
Bei jedem Gleichrichter 7 ist ein Halbleiterschalter Sl be- reitgestellt, über welchen der jeweilige Gleichrichter 7 in Abhängigkeit von einem Steuersignal in die Reihenschaltung 14 zugeschaltet werden kann oder in der Reihenschaltung 14 wirkungslos geschaltet werden kann. Hierzu sind die Anschluss¬ kontakte 12 über den Halbleiterschalter Sl verschaltet.
Der Halbleiterschalter Sl stellt eine Kurzschlussschaltung des Gleichspannungsanschlusses 11 dar. Durch Schließen des Halbleiterschalters Sl werden die Anschlusskontakte 12 des Gleichspannungsanschlusses 11 kurzgeschlossen. Damit ist der Gleichrichter 7 in der Reihenschaltung 14 wirkungslos. Durch Öffnen des Halbleiterschalters Sl kann die Teilspannung 10 zwischen den Anschlusskontakten 12 bereitgestellt werden.
Der Gleichspannungsanschluss 11 kann des Weiteren einen Halb- leiterschalter S2 aufweisen, der eine Entkopplungsschaltung darstellt. Der Halbleiterschalter S2 verbindet einen der Anschlusskontakte 12 mit den Halbbrücken 9. Des Weiteren ist über den Halbleiterschalter S2 der Glättungskondensator C mit einem der Anschlusskontakte 12 verschaltet. Durch Öffnen des Halbleiterschalters S2 wird ein Stromfluss zwischen den Halb¬ brücken 9 und dem Anschlusskontakt 12 blockiert bzw. bei Vor¬ handensein einer Diode unidirektional blockiert. Genauso ist ein Stromfluss zwischen dem Glättungskondensator C und dem Anschlusskontakt 12 blockiert. Durch Schließen des Halblei- terschalters S2 sind die Halbbrücken mit dem Anschlusskontakt 12 verbunden. Entsprechendes gilt für den Glättungskondensa¬ tor C.
Die Halbleiterschalter 13 und die Halbleiterschalter Sl, S2 können jeweils als IGBT oder als MOSFET ausgestaltet sein. Die Halbleiterschalter Sl, S2 müssen insbesondere keine
Schütze sein. Die Halbleiterschalter 13, Sl, S2 können als Halbleitermodule oder kurz Submodule 17 bereitgestellt sein, so beispielsweise auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat eingeordnet sein.
Durch die Reihenschaltung 14 werden die Teilspannungen 10 zu einer Gleichspannung 18 aufsummiert, die im Zwischenkreis 3 zwischen dem Plusleiter 15 und dem Minusleiter 16 bereitgestellt wird. Der Plusleiter 15 und der Minusleiter 16 können jeweils beispielsweise durch einen Draht oder eine Strom¬ schiene bereitgestellt sein. Zum Speichern von elektrischer Energie kann der Zwischenkreis 3 eine Batterie B, beispiels¬ weise einen elektrochemischen Akkumulator mit galvanischen Zellen aufweisen. Die Batterie B muss keine Spannungsglättung der Gleichspannung 18 durchführen, da die Gleichrichter 7 eigene Glättungskondensatoren C aufweisen. In dem Zwischenkreis 3 können des Weiteren Drosseln L bereitgestellt sein, beispielsweise elektrische Spulen.
Der Antriebsmotor 6 kann ebenfalls zwei voneinander getrennte Motorspulensysteme Ml, M2 aufweisen. Die Motorspulensysteme Ml, M2 stellen jeweils eine Mehrphasen-Spulenanordnung dar. Die Motorspulensysteme Ml, M2 können auch in unterschiedli¬ chen Antriebsmotoren bereitgestellt sein.
Die Wechselrichteranordnung 4 weist in dem in FIG 1 gezeigten Beispiel zwei Wechselrichter 19 auf, von denen jeder jeweils über Wechselspannungsleitungen 20 mit einem anderen der Motorspulensysteme Ml, M2 verschaltet ist. Die Wechselrichter 19 können baugleich zu den Gleichrichtern 7 sein. Die Wechselrichter 19 können als Pulswechselrichter betrieben werden. Sie weisen dazu Halbbrücken 9 mit Halbleiterschaltern 13 auf. Von den Halbleiterschaltern 13 der Wechselrichter 9 sind der Übersichtlichkeit halber nur einige mit einem Bezugszeichen versehen. Jeder Wechselrichter 19 kann einen Glättungskonden- sator C aufweisen.
Die Wechselrichter 19 sind über einen jeweiligen Gleichspan- nungsanschluss 11 mit dem Zwischenkreis 13 verschaltet, wobei Anschlusskontakte 12 der Gleichspannungsanschlüsse 11 zu ei- ner Reihenschaltung 21 verschaltet sind. Zwischen den Anschlusskontakten 12 der Wechselrichter 19 fällt jeweils eine Teilspannung 24 der Gleichspannung 18 ab. Die Gleichspannungsanschlüsse 11 der Wechselrichter 19 können jeweils einen Halbleiterschalter Sl aufweisen, durch welchen eine Kurzschlussschaltung für die Anschlusskontakte 12 gebil¬ det ist. Des Weiteren kann ein Halbleiterschalter S2 bereitgestellt sein, durch welchen eine Entkopplungschaltung be- reitgestellt ist, durch welche ein Stromfluss zwischen einen der Anschlusskontakte 12 und den Halbbrücken 13 und/oder der Glättungskondensator C durch Schließen des Halbleiterschalters S2 bewirkt werden kann. Hierzu sind der Anschlusskontakt 12 und die Halbbrücken 13 und/oder der Glättungskondensator C über den Halbleiterschalter S2 verschaltet.
Die Glättungskondensatoren C stellen jeweils einen lokalen Zwischenkreiskondensator dar. Der Umrichter 1 kann eine Steuereinrichtung 22 aufweisen, durch welche Halbleiterschalter 13, Sl, S2 geschaltet werden können, sodass sie zwischen einem elektrisch leitenden Zustand und einem elektrisch sperrenden Zustand wechseln. Die Halbleiterschalter 13, Sl, S2 der Wechselrichter 19 können jeweils in einem Wechselrichter 19 durch ein Submodul 23 bereitgestellt sein, das beispielsweise auf der Grundlage eines gemeinsamen Halbleitersubstrats gebildet sein kann. Die Steu¬ ereinrichtung 22 kann beispielsweise auf der Grundlage eines Mikroprozessors oder MikroControllers gebildet sein. Die Steuereinrichtung 22 kann zumindest teilweise auf die Halb¬ brücken 9 verteilt sein. Beispielsweise kann sie Treiber¬ schaltungen der Halbleiterschalter 13 der Halbbrücken 9 umfassen . Durch die Reihenschaltung 14 sind die Gleichrichter 7 in Reihe geschaltet. Über die aktiven Gleichrichter 7 werden die Glättungskondensatoren C geladen. Die Teilspannung 10 eines Glättungskondensators C kann über die Generatorwicklungen der Generatorspulensysteme Gl, G2 und entsprechendes Takten der aktiven Gleichrichter 7 eingestellt werden. Über die Schalter Sl, S2 können die Gleichrichter 7 parallel zur Batterie ge¬ schaltet werden. Damit lässt sich die Batterie laden. Hierbei ergeben sich folgende Schaltkombinationen:
Bei jedem Wechselrichter 7 kann durch Öffnen von Sl und
Schließen von S2 das jeweilige Generatorspulensystem Gl oder G2 mit der Batterie B verbunden werden. Durch Schließen von Sl und Öffnen von S2 kann das jeweilige Generatorspulensystem Gl, G2 von der Batterie B getrennt werden. Die Teilspannungen 10 in den Gleichrichtern 7 können in der Summe größer sein als die Batteriespannung der Batterie B. Ohne
Tiefsetzstellerbetrieb müssen sie jedoch in der Summe mindes- tens der Batteriespannung entsprechen. Sollten beide Gleichrichter 7 in Betrieb sein, so ist die Teilspannung 10 der beiden Gleichrichter vorzugsweise gleich groß.
Auch bei den Wechselrichtern 19 ergeben sich mehrere Schalt- möglichkeiten auf der Grundlage der Halbleiterschalter Sl, S2 der Gleichspannungsanschlüsse 11 der Wechselrichter 19. Die Motorspulensysteme Ml, M2 werden jeweils über einen der Wechselrichter 19 angetrieben. Jeder Wechselrichter 19 stellt dabei einen Pulswechselrichter dar. Über die Halbleiterschalter Sl, S2 können die Wechselrichter 19 mit der Batterie B verbunden oder von dieser getrennt werden. Die Batteriespannung entspricht der Gleichspannung 18.
Die Teilspannungen 24 der Rettungskondensatoren C in den Wechselrichtern 19 können in Summe größer sein als die Batteriespannung. Sie müssen jedoch in der Summe mindestens der Batteriespannung entsprechen, wenn kein Hochsetzsteller im Betrieb vorgesehen ist. Sollten beide Wechselrichter 19 in Betrieb sein, dann ist die jeweilige Teilspannung 24 der beiden Wechselrichter vorzugsweise gleich groß. Mit den beschriebenen Schaltmöglichkeiten ergeben sich folgende Betriebsweisen des Umrichters, die beispielsweise durch die Steuereinrichtung 22 eingestellt werden können. In einer Betriebsweise ist ein Betrieb nur eines Gleichrich¬ ters 7 und nur eines Wechselrichter 19 möglich. Die anderen Gleichrichter 7 und Wechselrichter 19 sind von den Stromkreisen durch Schließen der Halbleiterschalter Sl getrennt. Dies ergibt eine kalte Redundanz im Umrichter 1. Das heißt im Feh- lerfall wird der Schalter Sl geöffnet und S2 geschlossen, wo¬ mit die bis dahin nicht versorgten Rettungskondensatoren C geladen werden. Mit anderen Worten werden die übrigen Gleichrichter oder Wechselrichter in die Reihenschaltung 14, 21 geschaltet .
Bei einer weiteren Betriebsweise sind alle Gleichrichter 7 und alle Wechselrichter 19 über offene Halbleiterschalter Sl und geschlossene Halbleiterschalter S2 in den Stromkreis ge¬ schaltet, das heißt in die jeweilige Reihenschaltung 14, 21 (heiße Redundanz) .
Zwischen der kalten Redundanz und der heißen Redundanz sind bei mehr als zwei Gleichrichtern/Wechselrichtern auch Zwischenformen möglich.
Bei einer weiteren Betriebsweise sind alle Gleichrichter 7 und alle Wechselrichter 19 in Betrieb, wobei eine Taktung der Halbleiterschalter Sl, S2 durchgeführt wird. Alle Gleichrichter und Wechselrichter sind über jeweils geöffneter Halblei- terschalter Sl und geschlossene Halbleiterschalter S2 mit einer abwechselnden Taktung von Sl und S2 in einem
Hochsetzstellerbetrieb oder einen Tiefsetzstellerbetrieb in den Stromkreis geschaltet. Die einzelnen Gleichrichter 7 werden vorzugsweise in ihren Halbbrücken 9 versetzt getaktet, um einen Stromrippel in den Drossel L zu reduzieren.
Im Fehlerfall eines der Gleichrichter 7 oder Wechselrichter 19 kann beispielsweise durch die Steuereinrichtung folgendes Verfahren durchgeführt werden. Im Fehlerfall eines Gleich¬ richters oder eines Wechselrichters kann dessen Halbleiter¬ schalter Sl geschlossen werden, womit der fehlerhafte Schaltungsteil vom Versorgungsstromkreis, d. h. dem Zwischenkreis 3, getrennt ist. Des Weiteren können im Falle eines defekten Wechselrichters 19 nach dem Entladen des Glättungskondensa- tors C die Halbleiterschalter 13 der Halbbrücken 9 geöffnet werden. Der Versorgungsstromkreis ist bei ihrem Verfahren für die anderen Gleichrichter und Wechselrichter nicht unterbro- chen.
Alternativ zum Halbleiterschalter Sl kann auch der Halbleiterschalter S2 zusammen mit einer Halbbrücke 9 eines Wechsel¬ richters 19 diesen Wechselrichter eingangsseitig kurzschlie- ßen, d. h. die Anschlusskontakte 12 kurzschließen. Dann stellt die geschlossene Halbbrücke 9 die Kurzschlussschaltung dieses Wechselrichters dar.
Weitere Schaltelemente können zusätzlichen Schutz im Fehler- fall bieten. FIG 2 zeigt hierzu eine Lösung für das Problem, dass aufgrund der neben einem IGBT parallel geschalteten Dioden (in FIG 2 nicht dargestellt) bei einem dauerhaften Kurz- schluss eines IGBTs die unmittelbar angeschlossene Wicklung eines Motorspulensystems kurzgeschlossen ist. Hierdurch ent- stehen Verluste in dem Antriebsmotor. Das Gleiche gilt für einen Generator. In FIG 2 ist lediglich für einen Wechselrichter 19 die Lösung gezeigt. Analog kann dieses auch bei einem Gleichrichter 7 erfolgen. Falls der dauerhafte Kurzschluss über einen der Halbleiter¬ schalter 13 unerwünscht ist, kann das Motorspulensystem Ml über zwei zusätzliche Halbleiterschalter S3 pro Wechselrichter oder Gleichrichter durch Schalten im Strom Nulldurchgang vom Wechselrichter 19 bzw. aktiven Gleichrichter 7 getrennt werden. Die zusätzlichen Halbleiterschalter S3 sind im Betrieb des Umrichters 1 geschlossen („normally on" genannt) . Die Halbleiterschalter S3 dienen zur Verhinderung einer kurz geschlossenen Wicklung im Fehlerfall einer der Halbbrücken 9, wenn einer der Halbleiterschalter 13 durchgehend im elektrisch leitenden Zustand ist.
Durch den Umrichter 1 ergibt sich insgesamt eine Schaltungs- topologie für einen modularen hochfrequenten Umrichter zur Erfüllung von Redundanzanforderungen in einem elektrisch angetriebenen Flugzeug. Es können baugleiche Submodule 17, 23 für die Anbindung des Generators und des Motors an die Batte¬ rie B verwendet werden. In FIG 1 ist gezeigt, wie eine zwei- fache Redundanz ohne Schütze bereitgestellt werden kann.
FIG 3 zeigt hierzu, wie die Topologie auf eine beliebige An¬ zahl von Submodulen erweitert werden kann, indem die Gleichrichteranordnung 2 und die Wechselrichteranordnung 4 insge- samt N Gleichrichter 7 bzw. N Wechselrichter 19 aufweisen. N ist hierbei eine ganze Zahl größer 1.
FIG 4 veranschaulicht, wie durch Abwandeln des Umrichters 1 die Gleichrichter 7 auf jeweils einen passiven Gleichrichter reduziert werden können, bei welchem anstelle der Halbleiterschalter 13 in den Halbbrücken 9 Dioden 25 bereitgestellt sind. Der Übersichtlichkeit halber sind in FIG 4 nur einige Dioden 25 mit einem Bezugszeichen versehen. Die Halbbrücken 9 selbst stellen hierbei jeweils eine Kurzschlussschaltung zum Überbrücken der jeweiligen Generatorspulensysteme Gl, G2, GN dar. Die Generatorspulensysteme Gl, G2, GN können hierbei je¬ weils, wie in FIG 2 veranschaulicht, über Schalter S3 mit den Diodengleichrichtern verschaltet sein. FIG 5 veranschaulicht, wie der Umrichter 1 beispielhaft in einem Flugzeug 26 bereitgestellt sein kann. FIG 4 zeigt ein Starrflügelflugzeug 26, bei welchem ein Propeller 27 durch den Antriebsmotor 6 angetrieben werden kann. Der Propeller 27 wird über eine Welle 28 durch den Antriebsmotor 6 rotiert. Der Antriebsmotor 6 ist in dem Beispiel eine elektrische Ma¬ schine, die im Motorbetrieb betrieben wird. Die Energie für den Antrieb des Propellers 27 kann durch eine Brennkraftma¬ schine 29 gewonnen werden, bei der es sich beispielsweise um einen Ottomotor oder einen Dieselmotor oder eine Turbine handeln kann. Die Brennkraftmaschine 29 kann über eine Welle 30 den Generator 5 antreiben. Als elektrischer Generator kann eine elektrische Maschine im Generatorbetrieb bereitgestellt sein. Eine Drehzahl der Welle 30 ist dabei unabhängig von einer Drehzahl der Welle 28. Hierzu wird die von dem Generator 5 erzeugte Wechselspannung in der beschriebenen Weise über den Umrichter 1 in Wechselspannung umgewandelt, die über die Wechselspannungs-Phasenleiter 9 in den Antriebsmotor 6 einge- speist werden kann. Eine Schaltfrequenz der Wechselrichter 7 wird hierbei durch die Steuereinrichtung 22 in Abhängigkeit von einer Solldrehzahl des Propellers 27 eingestellt. Die Solldrehzahl kann hierbei beispielsweise durch einen Piloten mittels eines (nicht dargestellten) Bedienelements einge- stellt oder vorgegeben werden.
Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine redundante Schaltungstopologie für einen ePlane-Umrichter oh¬ ne Schütze bereitgestellt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Umrichter (1) für ein Flugzeug, mit
- einem Zwischenkreis (3) zum Bereitstellen einer Gleichspan- nung (18) zwischen einer Plusleitung (15) und einer Minusleitung (16),
- mindestens zwei am Zwischenkreis (3) angeschlossenen
Gleichrichtern (7) zum Erzeugen der Gleichspannung (18) aus Eingangs-WechselSpannungen,
- mindestens zwei am Zwischenkreis (3) angeschlossenen Wech¬ selrichtern (19) zum Erzeugen von Ausgangs-Wechselspannungen aus der Gleichspannung (18),
dadurch gekennzeichnet, dass
Gleichspannungsanschlüsse (11) der Gleichrichter (7) zu einer ersten Reihenschaltung (14) und Gleichspannungsanschlüsse
(11) der Wechselrichter (19) zu einer zweiten Reihenschaltung (21) verschaltet sind und die Plusleitung (15) und die Minus¬ leitung (16) des Zwischenkreises (3) eingangsseitig über die erste Reihenschaltung (14) und ausgangsseitig über die zweite Reihenschaltung (21) miteinander verbunden sind und zumindest einer der Gleichspannungsanschlüsse (11) eine Kurzschluss¬ schaltung (Sl, 9) zum Kurzschließen von Anschlusskontakten
(12) , über welche der Gleichspannungsanschluss (11) in die jeweilige Reihenschaltung (14, 21) geschaltet ist, aufweist.
2. Umrichter (1) nach Anspruch 1, wobei bei mindestens einem Gleichspannungsanschluss (11) die Kurzschlussschaltung (Sl) durch einen die jeweiligen Anschlusskontakte (12) verbindenden Halbleiterschalter (Sl) gebildet ist.
3. Umrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei mindestens einem der Wechselrichter (19) die Kurzschlussschaltung (9) durch eine die Anschlusskontakte (12) verbindende und zum Erzeugen einer der Ausgangs- Wechselspannungen vorgesehene Halbbrücke (9) mit Halbleiter¬ schaltern (13) gebildet ist, wobei zusätzlich Wechselspannungsausgänge (20) des Wechselrichters (19) jeweils einen Halbleiterschalter (S3) zum Blockieren eines Stromes bei geschlossener Kurzschlussschaltung (9) aufweisen.
4. Umrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo- bei jeder Halbleiterschalter (13, Sl, S2, S3) jeweils durch einen IGBT oder einen MOSFET gebildet ist.
5. Umrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der Gleichrichter (7) und/oder mindes- tens einer der Wechselrichter (19) jeweils Halbbrücken (9) mit Halbleiterschaltern (13) aufweist und eine Überwachungs¬ einrichtung (22) dazu ausgelegt ist, in den Halbbrücken (9) einen defekten Halbleiterschalter (13), der dauerhaft in einem elektrisch leitenden Zustand verharrt, zu detektieren und die Kurschlusseinrichtung (Sl, 9) desjenigen Gleichspannungsanschlusses (11), über welchen der defekte Halbleiterschalter (13) in eine der Reihenschaltungen (14. 21) geschaltet ist, zu aktivieren.
6. Umrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Zwischenkreis (3) die Plusleitung (15) und die Mi¬ nusleitung (16) durch eine Batterie (B) verbunden sind.
7. Umrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo- bei die Gleichrichter (7) und/oder die Wechselrichter (19) jeweils einen eigenen Glättungskondensator (C) aufweisen.
8. Umrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der Gleichspannungsanschlüsse (11) eine Entkopplungsschaltung (S2), die zum Blockieren eines Stromes zwischen einem der Anschlusskontakte (12) des Gleichspannungsanschlusses (11) und Halbbrücken (9) des jeweiligen Gleichrichters (7) oder Wechselrichters (19) verschaltet ist, aufweist .
9. Umrichter (1) nach Anspruch 8, wobei eine Steuereinrichtung (22) dazu ausgelegt ist, bei einem Gleichspannungsan- schluss (11), der sowohl eine Kurzschlussschaltung (Sl) als auch eine Entkopplungsschaltung (S2) aufweist, durch abwechselndes Schalten der Entkopplungsschaltung (S2) und der Kurzschlussschaltung (Sl) einen Hochsetzstellerbetrieb oder einen Tiefsetzstellerbetrieb zu bewirken.
10. Flugzeug (26), insbesondere Starrflügelflugzeug, mit ei¬ nem elektrischen Antriebsmotor (6) zum Antreiben eines Propellers (27) des Flugzeugs (26), wobei der Antriebsmotor (6) über einen Umrichter (1) nach einem der vorhergehenden An- sprüche mit einem elektrischen Generator (5) gekoppelt ist.
11. Flugzeug (26) nach Anspruch 10, wobei der Generator (5) mindestens zwei unabhängige Mehrphasen-Spulenanordnungen (Gl, G2) aufweist und jede der Mehrphasen-Spulenanordnungen (Gl, G2) an einem anderen Gleichrichter (7) des Umrichters (1) angeschlossen ist.
12. Flugzeug (26) nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Antriebsmotor (6) mindestens zwei unabhängige Mehrphasen- Spulenanordnungen (Ml, M2) aufweist und jede der Mehrphasen- Spulenanordnungen (Ml, M2) an einem anderen Wechselrichter (19) des Umrichters (1) angeschlossen ist.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017220941A1 (de) 2017-11-23 2019-05-23 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Maschine mit erhöhter Betriebssicherheit
DE102018216485A1 (de) * 2018-09-26 2020-03-26 Siemens Aktiengesellschaft PV-Einrichtung mit verbesserter Gesamteffizienz
DE102018216607A1 (de) * 2018-09-27 2020-04-02 Siemens Aktiengesellschaft PV-Einrichtung mit reduzierter Alterung
FR3125656A1 (fr) * 2021-07-26 2023-01-27 Safran Electrical & Power Système propulsif électrique d’aéronef

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015206627A1 (de) * 2014-07-09 2016-01-28 Siemens Aktiengesellschaft Selbstsichernder Umrichter
US10093250B2 (en) * 2014-10-16 2018-10-09 The Boeing Company Aircraft supplemental electrical power systems and methods
DE102015207187B4 (de) * 2015-04-21 2016-11-17 Siemens Aktiengesellschaft Umrichter mit Kurzschlussunterbrechung in einer Halbbrücke
US10093428B2 (en) * 2016-08-22 2018-10-09 General Electric Company Electric propulsion system
US10703496B2 (en) * 2017-04-21 2020-07-07 General Electric Company Propulsion system for an aircraft
WO2018221043A1 (ja) * 2017-05-31 2018-12-06 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 診断装置
US10199977B1 (en) * 2017-10-13 2019-02-05 Garrett Transportation I Inc. Electrical systems having interleaved DC interconnects
DE102018201206A1 (de) 2018-01-26 2019-08-01 Siemens Aktiengesellschaft Modulare Anordnung eines Umrichters und Luftfahrzeug mit einer derartigen Anordnung
DE102018206336A1 (de) * 2018-04-25 2019-10-31 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vorrichtung zum Absichern einer elektrischen Maschine
DE102019206872A1 (de) * 2019-05-13 2020-11-19 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Minimalistischer Stromrichter und Fahrzeug mit einem Stromrichter
GB2589633B (en) * 2019-12-06 2022-01-05 Rolls Royce Plc Electrical systems
GB2589634A (en) 2019-12-06 2021-06-09 Rolls Royce Plc Electrical systems
US11128251B1 (en) * 2020-04-29 2021-09-21 The Boeing Company Fault-tolerant power system architecture for aircraft electric propulsion
EP3955443A1 (de) * 2020-08-12 2022-02-16 Siemens Aktiengesellschaft Fehlertoleranter betrieb eines stromrichters
US11682535B2 (en) 2021-03-12 2023-06-20 Essex Industries, Inc. Rocker switch
WO2022197730A1 (en) 2021-03-15 2022-09-22 Essex Industries, Inc. Five-position switch
US11670942B2 (en) 2021-09-23 2023-06-06 General Electric Company Electrically driven distributed propulsion system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007084041A1 (en) * 2006-01-18 2007-07-26 Abb Technology Ltd. A transmission system and a method for control thereof
EP1876696A2 (de) * 2006-07-08 2008-01-09 SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG Stromrichterschaltungsanordnung für eine Hochvoltgleichspannungsverbindung
EP2608397A1 (de) * 2011-12-19 2013-06-26 Siemens Aktiengesellschaft Modularer Hochfrequenz-Umrichter für Antriebe
EP2608383A1 (de) * 2011-12-19 2013-06-26 Siemens Aktiengesellschaft Stromrichterschaltung

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5023537A (en) * 1989-08-23 1991-06-11 Sundstrand Corporation Low frequency feeder fault protection
US6894418B2 (en) 2002-07-30 2005-05-17 Comprehensive Power, Inc. Nested stator coils for permanent magnet machines
US20070230226A1 (en) * 2003-11-25 2007-10-04 Jih-Sheng Lai Multilevel intelligent universal auto-transformer
US7851943B2 (en) * 2006-12-08 2010-12-14 General Electric Company Direct current power transmission and distribution system
US8002216B2 (en) * 2007-06-15 2011-08-23 Darwin Kent Decker Solar powered wing vehicle using flywheels for energy storage
CN102308461B (zh) * 2009-02-06 2015-03-11 Abb研究有限公司 具有ac和dc功率能力的混合配电变压器
EP2226923B1 (de) 2009-03-03 2015-06-10 GE Energy Power Conversion Technology Limited Spulen
US9362839B2 (en) * 2011-02-09 2016-06-07 Rockwell Automation Technologies, Inc. Power converter with common mode voltage reduction
US8379417B2 (en) * 2011-07-06 2013-02-19 Rockwell Automation Technologies, Inc. Power converter and integrated DC choke therefor
US9143029B2 (en) * 2011-12-15 2015-09-22 General Electric Company System and method for power distribution
DE102012219243A1 (de) * 2012-10-22 2014-04-24 Conti Temic Microelectronic Gmbh Verfahren und Schaltungseinheit zum Ermitteln von Fehlerzuständen einer Halbbrückenschaltung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007084041A1 (en) * 2006-01-18 2007-07-26 Abb Technology Ltd. A transmission system and a method for control thereof
EP1876696A2 (de) * 2006-07-08 2008-01-09 SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG Stromrichterschaltungsanordnung für eine Hochvoltgleichspannungsverbindung
EP2608397A1 (de) * 2011-12-19 2013-06-26 Siemens Aktiengesellschaft Modularer Hochfrequenz-Umrichter für Antriebe
EP2608383A1 (de) * 2011-12-19 2013-06-26 Siemens Aktiengesellschaft Stromrichterschaltung

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017220941A1 (de) 2017-11-23 2019-05-23 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Maschine mit erhöhter Betriebssicherheit
WO2019101915A1 (de) 2017-11-23 2019-05-31 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische maschine mit erhöhter betriebssicherheit
US11482964B2 (en) 2017-11-23 2022-10-25 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Electric machine having increased operational safety
DE102018216485A1 (de) * 2018-09-26 2020-03-26 Siemens Aktiengesellschaft PV-Einrichtung mit verbesserter Gesamteffizienz
US11626523B2 (en) 2018-09-26 2023-04-11 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG PV device having improved overall efficiency
DE102018216607A1 (de) * 2018-09-27 2020-04-02 Siemens Aktiengesellschaft PV-Einrichtung mit reduzierter Alterung
FR3125656A1 (fr) * 2021-07-26 2023-01-27 Safran Electrical & Power Système propulsif électrique d’aéronef
WO2023007074A1 (fr) * 2021-07-26 2023-02-02 Safran Electrical & Power Systeme propulsif electrique d'aeronef

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CN106471724A (zh) 2017-03-01

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