WO2023147848A1 - Modularer multilevelstromrichter - Google Patents

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WO2023147848A1
WO2023147848A1 PCT/EP2022/052415 EP2022052415W WO2023147848A1 WO 2023147848 A1 WO2023147848 A1 WO 2023147848A1 EP 2022052415 W EP2022052415 W EP 2022052415W WO 2023147848 A1 WO2023147848 A1 WO 2023147848A1
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WO
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power converter
recesses
frame
modular multilevel
multilevel power
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PCT/EP2022/052415
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Florian Frey
Christian Koch
Christian SCHRAMMEL
Stephan FRENKEL
Andreas Philipp
Sebastian SEMMLER
Michael Zorawik
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
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Publication date
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    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
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    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
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    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
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    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H05K7/14339—Housings specially adapted for power drive units or power converters specially adapted for high voltage operation

Definitions

  • the invention relates to a modular multilevel power converter with a plurality of modules.
  • Such modular multilevel power converters are used, for example, to convert one type of electrical current into another type of electrical current. Examples include converting direct current to alternating current or vice versa.
  • modular multilevel power converters can be used, for example, for reactive power compensation.
  • the modular multilevel power converter has at least one electrical series connection of modules, the modules each having at least two electronic switching elements and an electrical energy store.
  • the modules are arranged in at least one support frame.
  • the support frame has frames arranged on several levels, each of which is set up to accommodate at least one module.
  • the frames of each adjacent floor are electrically isolated from each other. There must be minimum air gaps between the frames of neighboring floors in order to avoid flashovers. The length of the minimum clearances is dependent on the level of the voltages occurring in the multilevel converter, in particular on the level of the voltage differences between adjacent frames.
  • the invention is based on the object of specifying a modular multilevel power converter that can be easily adapted to different voltages.
  • a modular multilevel power converter which has at least one electrical series connection of modules, the modules each having at least two electronic switching elements and an electrical energy store, in which the modules are arranged in at least one (shelf-like) support frame (shelf) that is several floors each having a frame for receiving each at least one module.
  • the frames on each adjacent floor are electrically insulated from one another.
  • the distance between the frames of each adjacent floor is adjustable (changeable).
  • the distance between these frames corresponds in particular to the clearance between these frames and thus to the clearance between the modules of the frame on one floor and the modules of the frame on the adjacent floor. It is advantageous that due to the adjustability of the distance between the frames, the clearance between the frames can be adjusted, ie changed, without the need for a new construction of the support frame. This means that the clearances required in each case can be implemented quickly, easily and cost-effectively. This results in a multilevel power converter that can be quickly and easily adapted to different voltages.
  • the multilevel converter can be designed in such a way that the distance between the individual frames can be adjusted in several stages.
  • the distance is incrementally adjustable/incrementally adjustable. This has the advantage that the distance and thus the length of the clearance can be easily and re- can be set producible. An inaccurate setting of the distance, which may could occur with a stepless adjustability is thereby avoided.
  • the multilevel power converter can also be designed in such a way that
  • Post insulators are arranged between the individual frames.
  • the post insulators support the frames and electrically insulate the frames from one another.
  • the multilevel power converter can be designed in such a way that
  • Each end of the post insulators is attached to one of the frames by means of a post insulator bracket.
  • the post insulator mount may also be referred to as a console.
  • the multilevel power converter can be designed in such a way that
  • the post insulator mounts each have a first surface and a second surface, the first surface being attached to one end of one of the post insulators and the second surface being attached to one of the frames.
  • the support insulator holder is therefore designed to fasten the support insulator to one frame of the supporting structure.
  • the post insulator is attached to two (neighboring) frames of the support structure by means of two post insulator brackets.
  • the multilevel power converter can be designed in such a way that
  • the frames each have a plurality of spaced-apart first recesses and/or the second surface of the post insulator holder has a plurality of spaced-apart second recesses.
  • the first recesses and the second recesses make it possible (for example by means of screws, threaded bolts or the like) to fasten the support insulator bracket to the frame.
  • a recess in the frame and a plurality of second recesses spaced apart from one another in the second surface of the post insulator mount sufficient.
  • a plurality of spaced-apart first recesses in the frame and a second recess in the second surface of the post insulator mount are sufficient.
  • the first recesses and/or the second recesses are part of an adjustment device for adjusting the distance between the frames.
  • the support frame has an adjustment device for adjusting the distance between the frames or. floors on .
  • the multilevel power converter can be designed in such a way that
  • the first recesses are arranged in a row and/or the second recesses are arranged in a row.
  • the multilevel power converter can also be designed in such a way that
  • the first recesses correspond to the second recesses.
  • the multilevel power converter can also be designed in such a way that
  • the distance between two consecutive first recesses in each case corresponds to the distance between two consecutive second recesses.
  • the multilevel power converter can also be designed in such a way that
  • the first recesses and / or the second recesses are each formed as a bore.
  • the multilevel power converter can also be designed in such a way that
  • the support insulator brackets are non-positively connected to the respective frame (in particular by means of a screw, a threaded bolt or similar, which extends through one of the first recesses and through one of the second recesses). In this way, in particular, an easily detachable connection is realized.
  • the modular multilevel power converter is explained in more detail below using exemplary embodiments. For this is in
  • Figure 1 shows an exemplary circuit diagram of a modular multi-level converter
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a module of the modular multilevel power converter
  • FIG. 3 shows another exemplary embodiment of a module of the modular multilevel power converter, in
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a support frame for the modules of the multilevel converter, in
  • Figure 5 shows an enlarged detail from Figure 4 with a post insulator and two post insulator brackets and in
  • FIG. 6 shows the support frame with the distances between the frames of respectively adjacent floors reduced compared to FIG.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a modular multilevel power converter 1 .
  • This multilevel power converter 1 has a first AC voltage connection 5 , a second AC voltage connection 7 and a third AC voltage connection 9 .
  • the first AC voltage connection 5 is electrically connected to a first phase module branch 11 and a second phase module branch 13 .
  • the first phase module branch 11 and the second phase module branch 13 form a first phase module 15 of the power converter 1 .
  • the end of the first phase module branch 11 facing away from the first AC voltage connection 5 is electrically connected to a first DC voltage connection 16; that the first AC voltage
  • the end of the second phase module branch 13 facing away from the voltage connection 5 is electrically connected to a second DC voltage connection 17 .
  • the first DC voltage connection 16 is a positive DC voltage connection; the second DC voltage connection 17 is a negative DC voltage connection.
  • the second AC voltage connection 7 is electrically connected to one end of a third phase module branch 18 and to one end of a fourth phase module branch 21 .
  • the third phase module branch 18 and the fourth phase module branch 21 form a second phase module 24 .
  • the third AC voltage connection 9 is electrically connected to one end of a fifth phase module branch 27 and to one end of a sixth phase module branch 29 .
  • the fifth phase module branch 27 and the sixth phase module branch 29 form a third phase module 31 .
  • the end of the third phase module branch 18 facing away from the second AC voltage connection 7 and the end of the fifth phase module branch 27 facing away from the third AC voltage connection 9 are electrically connected to the first DC voltage connection 16 .
  • the end of the fourth phase module branch 21 facing away from the second AC voltage connection 7 and the end of the sixth phase module branch 29 facing away from the third AC voltage connection 9 are electrically connected to the second DC voltage connection 17 .
  • the first phase module branch 11, the third phase module branch 18 and the fifth phase module branch 27 form a positive-side converter part 32; the second phase module branch 13 , the fourth phase module branch 21 and the sixth phase module branch 29 form a negative-side converter part 33 .
  • Each phase module branch has a plurality of modules (1_1, 1_2, 1_3, 1_4 ... l_n; 2_1 ... 2_n; etc.), which (by means of their module connections) are electrically connected in series (electrical series connection). Such modules are also referred to as submodules.
  • each phase module branch has n modules.
  • the number of modules electrically connected in series by means of their module connections can be very different, at least three modules are connected in series, but it is also possible, for example, for 50, 100 or more modules to be electrically connected in series.
  • n 36: the first phase module branch 11 therefore has 36 modules 1_1, 1_2, 1_3, . . . 1_36.
  • the other phase module branches 13, 18, 21, 27 and 29 are constructed in the same way.
  • a modular multilevel converter was described as an example, which has a bridge circuit.
  • the modular multilevel converter can also be constructed differently, for example it can have a delta connection.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a module 200 of the modular multilevel power converter 1 .
  • the module can be, for example, one of the modules 1_1 . . . 6_n shown in FIG.
  • the module 200 is designed as a half-bridge module 200 .
  • the module 200 has a first electronic switching element 202 (which can be switched off) (first semiconductor valve 202 which can be switched off) with a first diode 204 connected antiparallel.
  • the module 200 has a second electronic switching element 206 (which can be switched off) (second semiconductor valve 206 which can be switched off) with a second diode 208 connected in antiparallel, as well as an electrical energy store 210 in the form of a capacitor 210 .
  • the diode 204 or 208 connected anti-parallel to the electronic switching element can be present as an independent component; in other exemplary embodiments, however, it can also already be present in the semiconductor structure of the electronic switching element.
  • the latter can be the case, for example, with a reverse-conductive electronic switching element.
  • the first electronic switching element 202 and the second electronic switching element 206 are each configured as an IGBT (insula ted-gate bipolar transistor) configured.
  • the first electronic switching element 202 is electrically connected in series with the second electronic switching element 206 .
  • a first galvanic module connection 212 is arranged at the connection point between the two electronic switching elements 202 and 206 .
  • a second galvanic module connection 215 is arranged at the connection of the second electronic switching element 206 which is opposite the connection point.
  • the second module connection 215 is also electrically connected to a first connection of the energy store 210; a second connection of the energy store 210 is electrically connected to the connection of the first electronic switching element 202 which is opposite the connection point.
  • the energy store 210 is therefore connected electrically in parallel to the series connection made up of the first electronic switching element 202 and the second electronic switching element 206 .
  • Appropriate activation of the first electronic switching element 202 and the second electronic switching element 206 by a control device of the power converter can result in either the voltage of the energy storage device 210 being output between the first module connection 212 and the second module connection 215 or no voltage being output (i.e. h ., a zero voltage is output) .
  • the respective desired output voltage of the power converter can be generated.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a module 300 of the modular multilevel converter.
  • the module 300 can be, for example, one of the modules 1_1 . . . 6_n shown in FIG.
  • the third electronic switching element 302 and the fourth electronic switching element 306 are each designed as an IGBT.
  • the second module connection 315 is not electrically connected to the second electronic switching element 206, but to a midpoint (connection point ) of an electrical series connection made up of the third electronic switching element 302 and the fourth electronic switching element 306.
  • the module 300 in FIG. 3 is what is known as a full-bridge module 300 .
  • This full-bridge module 300 is characterized in that with appropriate activation of the four electronic switching elements between the first module connection 212 and the second module connection 315 either the positive voltage of the energy store 210, the negative voltage of the energy store 210 or a voltage of the value zero ( zero voltage) can be output. The polarity of the output voltage can thus be reversed by means of the full-bridge module 300 .
  • the multilevel power converter 1 can generally either have only half-bridge modules 200 , only full-bridge modules 300 or also half-bridge modules 200 and full-bridge modules 300 .
  • FIG. 4 shows a supporting frame 402 for modules of the modular multilevel power converter 1 by way of example.
  • the shelf-like support frame 402 has a first frame 406 which is arranged in a first tier 408 (first level 408 ) of the support frame 402 .
  • the first frame 406 forms the first tier 408 of the support frame 402 .
  • the first frame 406 in the first shelf 408 forms a first shelf 406 of the shelf 402 .
  • the support frame 402 has a second frame 410 which is arranged in a second tier 412 (second plane 412 ) of the support frame. which forms the second tier 412 of the support frame 402 .
  • the support frame 402 has a similar third frame 414, which is arranged in a third floor 416 of the support frame or. which forms the third tier 416 of the support frame 402 .
  • the frames are electrically insulated from one another by means of support insulators 420 , with the support insulators 420 carrying the respective frames arranged above them.
  • the support insulators 420 of the support frame are designed in the same way and, in particular, all have the same length.
  • the frames of respectively adjacent floors are therefore electrically insulated from one another by means of the support insulators 420 .
  • the third frame 414 of the third tier 416 is electrically isolated from the second frame 410 of the second tier 412 by means of the corresponding support insulators 420 .
  • the second frame 410 of the second tier 412 is electrically isolated from the first frame 406 of the first tier 408 by means of the corresponding support insulators 420 .
  • the first frame 406 of the first floor 408 is electrically insulated by means of the corresponding support insulators 420 from the floor, not shown, on which the support frame 402 stands.
  • the frames are each designed to accommodate four modules. It is shown by way of example that the third frame 414 accommodates a first module 1_1, a second module 1_2, a third module 1_3 and a fourth module 1_4.
  • the modules 1_1 ... 1_4 are each represented symbolically as a cuboid.
  • the third frame 414 can, for example, also be provided with only one module, with only 2 modules or with only 3 modules (or with a different number of modules). Each frame is therefore designed to accommodate at least one module.
  • the first frame 406 and the second frame 410 can accommodate modules in the same way as the third frame 414 .
  • Each post insulator 420 is connected to a frame by means of at least one post insulator bracket 428 .
  • the post insulator 420' arranged between the first frame 406 and the second frame 410 is provided by means of the Post insulator mount 428 is connected to the second frame 410 and by means of a further post insulator mount 430 to the first frame 406 .
  • the post insulator 420 ′ is connected to a strut 434 of the second frame 410 by means of the post insulator mount 428 .
  • the strut 434 is aligned vertically.
  • the support insulator mount 428 can be connected to the strut 434 at various points, this is symbolized by the arrow 438 .
  • This arrow represents a direction 438 in which the post insulator bracket 428 can be offset attached to the frame from the position shown in FIG. Further details on the support insulator bracket are shown in FIG.
  • a distance 442 between the first frame 406 and the second frame 410 is marked by an arrow in FIG. This distance 442 corresponds to the clearance between the first frame 406 and the second frame 410 . If the post insulator mount 428 is relocated in the direction of arrow 438 and attached to a different location on the strut 434 (i.e., a different location on the frame 410), then the distance 442 and hence the clearance will decrease. The same applies to the further post insulator bracket 430: if the further post insulator bracket 430 is moved in the direction of the arrow 446 and is mounted/fastened at a different point on the first frame (on the corresponding strut), then the distance 442 also smaller .
  • the distance 442/air gap 442 between the frames is thus adjustable by means of the support isolator bracket(s). If modules of a different electrical phase of the power converter are arranged in each tier/in each frame, then the distance 442 represents the distance between different phases of the power converter.
  • the distance between the first frame 406 and the first frame 406 can be men 406 and the floor on which the support frame 402 is set.
  • FIG. 5 shows an enlarged view of a detail from FIG. 4 with the post insulator 420'.
  • the post insulator 420' is attached to the strut 434 of the second frame 410 by means of the post insulator mount 428.
  • the support insulator holder 428 is designed as an angle (angle element). In other exemplary embodiments, however, the support insulator holders can also be configured differently.
  • the post insulator mount 428 has a first surface 506 and a second surface 508 .
  • the first surface 506 and the second surface 508 are arranged at right angles to one another. Attached to the first surface 506 is an end of the post insulator 420'.
  • the second surface 508 is attached to the frame 410 , more specifically to the brace 434 of the frame 410 .
  • the second surface 508 is covered in FIG. 5, as a result of which the reference line of the reference symbol 508 cannot point exactly to the second surface.
  • the second surface 508 is that surface of the post insulator mount 428 that contacts the strut 434 of the second frame 410 (contact surface of the post insulator mount 428 with the strut 434 of the second frame 410).
  • the second surface 508 is the surface of the post insulator mount 428 that faces the strut 434 of the second frame 410 .
  • Another example of the second surface 508 is the surface of the other post insulator mount 430 that contacts the strut of the first frame 406 .
  • the frame 410 (here: the strut 434) has spaced-apart first recesses 512_a, 512_b, 512_c, etc. , these first recesses being designed as bores in the exemplary embodiment.
  • the second surface 508 has spaced second recesses 514_a, 514_b, 514_c, etc. on, these second recesses in the exemplary embodiment also being designed as bores.
  • the first recesses 512 are aligned, the second recesses 514 are also aligned.
  • the first recesses 512 correspond to the second recesses 514 .
  • the distance between two consecutive first recesses 512 is as large as the distance between two consecutive second recesses 514 .
  • a screw extends through one of the first recesses 512 and through the corresponding one of the second recesses 514, as a result of which the support insulator holder 428 is connected to the frame 410 in a non-positive manner.
  • the support insulator bracket 428 is connected to the strut 434 and thus to the second frame 410 by means of 4 screws.
  • these screws 520 are only shown in the further post insulator holder 430, as a result of which the second recesses 514 can be seen in the post insulator holder 428.
  • FIG. 6 shows the support frame 402 of FIG. 4 for the case in which the support insulator mounts are attached to a different location on the respective frame.
  • the support insulator brackets 428 and 430 are attached to the respective frame at an attachment point which is in the direction of the arrow 438 or is offset in the direction of arrow 446 from the attachment point shown in Figure 4.
  • the distance 442 becomes smaller, and the distance between the second frame 410 and the third frame 414 also becomes smaller. This corresponds to a decreasing clearance 442 between the frames.
  • the distance between the individual frames Floors of the support frame is adjustable in several stages (gradually, gradually). This distance can be adjusted by means of a Adjusting device, which has the first recesses and the second recesses. The adjustment device is therefore designed to adjust the distance between the individual frames in a number of stages.
  • Such a smaller clearance/a smaller distance 442 is sufficient, for example, for a multilevel converter which has a comparatively smaller voltage difference between the individual modules (compared to FIG. 4). Due to the reduced distance 442, the support frame 402 can be implemented in a more compact manner, resulting in a saving in space/construction space. This also results in a cost reduction.
  • the support frame 402 described is only to be understood as an example. In other exemplary embodiments, the support frame can also be configured differently. In particular, the support frame can have a different number of frames or Have levels or in each case a different number of modules can be arranged in the frame.
  • a modular multilevel power converter was disclosed, in which, in particular, the distances between the levels or Phases, the distance to the floor and/or the distance to the ceiling can be changed (scaled) according to the respective required voltage range.
  • the creepage distances remain constant as long as the same post insulators are used.
  • the same post insulators can thus be used for many different voltages until the largest possible clearance with these post insulators is reached.
  • the adjustable distances, in particular the phase distances are formed during assembly via (in particular vertically) displaceable support insulator brackets. It is thus possible to implement a power converter with minimal air gaps tailored to the respective application.
  • a modular multilevel power converter has been described which can easily be adapted to different voltages. As a result, the required minimum air gaps can be realized in a simple manner, so that an unnecessarily large installation space due to oversized air gaps is avoided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen modularen Multilevelstromrichter (1), der mindestens eine elektrische Reihenschaltung von Modulen (1_1, 1_2, 1_3, 1_4 … 1_n) aufweist, wobei die Module jeweils mindestens zwei elektronische Schaltelemente (202, 206) und einen elektrischen Energiespeicher (210) aufweisen. Bei dem Multilevelstromrichter sind die Module (1_1, 1_2, 1_3, 1_4) in mindestens einem Traggestell (402) angeordnet, welches in mehreren Etagen (408, 412, 416) jeweils einen Rahmen (406, 410, 414) zur Aufnahme von jeweils mindestens einem Modul (1_1, 1_2, 1_3, 1_4) aufweist. Dabei sind die Rahmen (406, 410) jeweils benachbarter Etagen (408, 412) gegeneinander elektrisch isoliert und der Abstand (442) zwischen diesen Rahmen (406, 410) ist einstellbar.

Description

Beschreibung
Modularer Multilevelstromrichter
Die Erfindung betri f ft einen modularen Multilevelstromrichter mit einer Mehrzahl von Modulen . Solche modularen Multilevelstromrichter werden beispielsweise zur Umwandlung einer elektrischen Stromart in eine andere elektrische Stromart eingesetzt . Beispiele dafür sind die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom oder umgekehrt . Weiterhin können modulare Multilevelstromrichter zum Beispiel zur Blindleistungskompensation eingesetzt werden .
Der modulare Multilevelstromrichter weist mindestens eine elektrische Reihenschaltung von Modulen auf , wobei die Module j eweils mindestens zwei elektronische Schaltelemente und einen elektrischen Energiespeicher aufweisen . Dabei sind die Module in mindestens einem Traggestell angeordnet . Das Traggestell weist in mehreren Etagen angeordnete Rahmen auf , die zur Aufnahme von j eweils mindestens einem Modul eingerichtet sind . Die Rahmen j eweils benachbarter Etagen sind gegeneinander elektrisch isoliert . Zwischen den Rahmen benachbarter Etagen müssen Mindestluf tstrecken vorhanden sein, um Überschläge zu vermeiden . Die Länge der Mindestluf tstrecken ist dabei abhängig von der Höhe der in dem Multilevelstromrichter auftretenden Spannungen, insbesondere von der Höhe der Spannungsdi f ferenzen zwischen benachbarten Rahmen . Daher ist es denkbar, bei der Entwicklung von Multilevelstromrichtern abhängig von den j eweils auf tretenden Spannungen I solationsmittel mit unterschiedlichen Abmessungen zwischen den einzelnen Etagen anzuordnen, um mittels dieser unterschiedlichen I solationsmittel mit den unterschiedlichen Abmessungen die j eweils benötigte Mindestluf tstrecke zu realisieren . Es ist j edoch zeitaufwändig und teuer, I solationsmittel mit solchen unterschiedlichen Abmessungen j eweils zu entwickeln, zu testen und herzustellen . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , einen modularen Multilevelstromrichter anzugeben, der einfach an unterschiedliche Spannungen angepasst werden kann .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen modularen Multilevelstromrichter nach dem unabhängigen Patentanspruch . Vorteilhafte Ausgestaltungen des Multilevelstromrich- ters sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben .
Of fenbart wird ein modularer Multilevelstromrichter, der mindestens eine elektrische Reihenschaltung von Modulen aufweist , wobei die Module j eweils mindestens zwei elektronische Schaltelemente und einen elektrischen Energiespeicher aufweisen, bei dem die Module in mindestens einem ( regalartigen) Traggestell (Regal ) angeordnet sind, das in mehreren Etagen j eweils einen Rahmen zur Aufnahme von j eweils mindestens einem Modul aufweist . Dabei sind die Rahmen j eweils benachbarter Etagen gegeneinander elektrisch isoliert . Der Abstand zwischen den Rahmen j eweils benachbarter Etagen ist einstellbar (veränderbar ) . Der Abstand zwischen diesen Rahmen entspricht insbesondere der Luftstrecke zwischen diesen Rahmen und damit der Luftstrecke zwischen den Modulen des Rahmens der einen Etage und den Modulen des Rahmens der benachbarten Etage . Dabei ist vorteilhaft , dass aufgrund der Einsteilbarkeit des Abstands zwischen den Rahmen die Luftstrecke zwischen den Rahmen eingestellt , also verändert , werden kann, ohne dass dazu eine Neukonstruktion des Traggestells notwendig ist . Daher können j eweils benötigte Luftstrecken schnell , einfach und kostengünstig realisiert werden . Dadurch ergibt sich ein Multilevelstromrichter, der schnell und einfach an unterschiedliche Spannungen angepasst werden kann .
Der Multilevelstromrichter kann so ausgestaltet sein, dass - der Abstand zwischen den einzelnen Rahmen in mehreren Stufen einstellbar ist . Mit anderen Worten gesagt , ist der Abstand stufenweise einstellbar / stufig einstellbar . Dies hat den Vorteil , dass über die Auswahl der Anzahl von Stufen der Abstand und damit die Länge der Luftstrecke einfach und re- produzierbar eingestellt werden kann . Ein ungenaues Einstellen des Abstandes , was ggf . bei einer stufenlosen Einsteilbarkeit auftreten könnte , wird dadurch vermieden .
Der Multilevelstromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass
- zwischen den einzelnen Rahmen Stützisolatoren angeordnet sind . Die Stützisolatoren tragen die Rahmen und isolieren die Rahmen elektrisch untereinander .
Der Multilevelstromrichter kann so ausgestaltet sein, dass
- j eweils ein Ende der Stützisolatoren mittels einer Stützisolator-Halterung an einem der Rahmen befestigt ist . Die Stützisolator-Halterung kann auch als eine Konsole bezeichnet werden . Mittels dieser Stützisolator-Halterung wird vorteilhafterweise die Einsteilbarkeit des Abstands und damit die Einsteilbarkeit der Länge der Luftstrecke realisiert .
Der Multilevelstromrichter kann so ausgestaltet sein, dass
- die Stützisolator-Halterungen j eweils eine erste Fläche und eine zweite Fläche aufweisen, wobei die erste Fläche an einem Ende eines der Stützisolatoren befestigt ist und die zweite Fläche an einem der Rahmen befestigt ist . Die Stützisolator- Halterung ist also zum Befestigen des Stützisolators an j eweils einem Rahmen des Traggestells ausgestaltet . Mittels zweier Stützisolator-Halterungen ist der Stützisolator an zwei (benachbarten) Rahmen des Traggestells befestigt .
Der Multilevelstromrichter kann so ausgestaltet sein, dass
- die Rahmen j eweils mehrere voneinander beabstandete erste Ausnehmungen aufweisen und/oder die zweite Fläche der Stützisolator-Halterung mehrere voneinander beabstandete zweite Ausnehmungen aufweist . Die ersten Ausnehmungen und die zweiten Ausnehmungen ermöglichen es , (beispielsweise mittels Schrauben, Gewindebol zen o . ä . ) die Stützisolator-Halterung an dem Rahmen zu befestigen . Dazu sind insbesondere auch eine Ausnehmung im Rahmen und mehrere voneinander beabstandete zweite Ausnehmungen in der zweiten Fläche der Stützisolator- Halterung ausreichend . Alternativ sind insbesondere auch mehrere voneinander beabstandete erste Ausnehmungen im Rahmen und eine zweite Ausnehmung in der zweiten Fläche der Stützisolator-Halterung ausreichend . Die ersten Ausnehmungen und/oder die zweiten Ausnehmungen sind Teil einer Einstellvorrichtung zum Einstellen des Abstands zwischen den Rahmen . Somit weist das Traggestell eine Einstellvorrichtung zum Einstellen des Abstands zwischen den Rahmen bzw . Etagen auf .
Der Multilevelstromrichter kann so ausgestaltet sein, dass
- die ersten Ausnehmungen in einer Flucht angeordnet sind und/oder die zweiten Ausnehmungen in einer Flucht angeordnet sind .
Der Multilevelstromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass
- die ersten Ausnehmungen mit den zweiten Ausnehmungen korrespondieren .
Der Multilevelstromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass
- der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden ersten Ausnehmungen j eweils dem Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden zweiten Ausnehmungen entspricht .
Der Multilevelstromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass
- die ersten Ausnehmungen und/oder die zweiten Ausnehmungen j eweils als eine Bohrung ausgebildet sind .
Der Multilevelstromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass
- die Stützisolator-Halterungen mit dem j eweiligen Rahmen kraf tschlüssig verbunden sind ( insbesondere mittels einer Schraube , eines Gewindebol zens o . ä . , die sich j eweils durch eine der ersten Ausnehmungen und durch eine der zweiten Ausnehmungen erstreckt ) . Dadurch wird insbesondere eine einfach lösbare Verbindung realisiert . Im Folgenden wird der modulare Multilevelstromrichter anhand von Aus führungsbeispielen näher erläutert . Dazu ist in
Figur 1 ein beispielhaftes Schaltbild eines modularen Mul- tilevelstromrichters , in
Figur 2 ein Aus führungsbeispiel eines Moduls des modularen Multilevelstromrichters , in
Figur 3 ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Moduls des modularen Multilevelstromrichters , in
Figur 4 ein Aus führungsbeispiel eines Traggestells für die Module des Multilevelstromrichters , in
Figur 5 ein vergrößerter Ausschnitt aus Figur 4 mit einem Stützisolator und zwei Stützisolator-Halterungen und in
Figur 6 das Traggestell mit gegenüber der Figur 4 verkleinerten Abständen zwischen den Rahmen j eweils benachbarter Etagen dargestellt .
In Figur 1 ist ein Aus führungsbeispiel eines modularen Multilevelstromrichters 1 dargestellt . Dieser Multilevelstromrichter 1 weist einen ersten Wechselspannungsanschluss 5 , einen zweiten Wechselspannungsanschluss 7 und einen dritten Wechselspannungsanschluss 9 auf . Der erste Wechselspannungsanschluss 5 ist elektrisch mit einem ersten Phasenmodul zweig 11 und einem zweiten Phasenmodul zweig 13 verbunden . Der erste Phasenmodul zweig 11 und der zweite Phasenmodul zweig 13 bilden ein erstes Phasenmodul 15 des Stromrichters 1 . Das dem ersten Wechselspannungsanschluss 5 abgewandte Ende des ersten Phasenmodul zweigs 11 ist mit einem ersten Gleichspannungsanschluss 16 elektrisch verbunden; das dem ersten Wechselspan- nungsanschluss 5 abgewandte Ende des zweiten Phasenmodulzweigs 13 ist mit einem zweiten Gleichspannungsanschluss 17 elektrisch verbunden . Der erste Gleichspannungsanschluss 16 ist ein positiver Gleichspannungsanschluss ; der zweite Gleichspannungsanschluss 17 ist ein negativer Gleichspannungsanschluss .
Der zweite Wechselspannungsanschluss 7 ist mit einem Ende eines dritten Phasenmodul zweigs 18 und mit einem Ende eines vierten Phasenmodul zweigs 21 elektrisch verbunden . Der dritte Phasenmodul zweig 18 und der vierte Phasenmodul zweig 21 bilden ein zweites Phasenmodul 24 . Der dritte Wechselspannungsanschluss 9 ist mit einem Ende eines fünften Phasenmodul zweigs 27 und mit einem Ende eines sechsten Phasenmodul zweigs 29 elektrisch verbunden . Der fünfte Phasenmodul zweig 27 und der sechste Phasenmodul zweig 29 bilden ein drittes Phasenmodul 31 .
Das dem zweiten Wechselspannungsanschluss 7 abgewandte Ende des dritten Phasenmodul zweigs 18 und das dem dritten Wechselspannungsanschluss 9 abgewandte Ende des fünften Phasenmodulzweigs 27 sind mit dem ersten Gleichspannungsanschluss 16 elektrisch verbunden . Das dem zweiten Wechselspannungsanschluss 7 abgewandte Ende des vierten Phasenmodul zweigs 21 und das dem dritten Wechselspannungsanschluss 9 abgewandte Ende des sechsten Phasenmodul zweigs 29 sind mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss 17 elektrisch verbunden . Der erste Phasenmodul zweig 11 , der dritte Phasenmodul zweig 18 und der fünfte Phasenmodul zweig 27 bilden ein positivseitiges Stromrichterteil 32 ; der zweite Phasenmodul zweig 13 , der vierte Phasenmodul zweig 21 und der sechste Phasenmodul zweig 29 bilden ein negativseitiges Stromrichterteil 33 .
Jeder Phasenmodul zweig weist eine Mehrzahl von Modulen ( 1_1 , 1_2 , 1_3 , 1_4 ... l_n; 2_1 ... 2_n; usw . ) auf , welche (mittels ihrer Modulanschlüsse ) elektrisch in Reihe geschaltet sind ( elektrische Reihenschaltung) . Solche Module werden auch als Submodule bezeichnet . Im Aus führungsbeispiel der Figur 1 weist j eder Phasenmodul zweig n Module auf . Die Anzahl der mittels ihrer Modulanschlüsse elektrisch in Reihe geschalteten Module kann sehr verschieden sein, mindestens sind drei Module in Reihe geschaltet , es können aber auch beispielsweise 50 , 100 oder mehr Module elektrisch in Reihe geschaltet sein . Im Aus führungsbeispiel ist n = 36 : der erste Phasenmodul zweig 11 weist also 36 Module 1_1 , 1_2 , 1_3 , ... 1_36 auf . Die anderen Phasenmodul zweige 13 , 18 , 21 , 27 und 29 sind gleichartig auf gebaut .
Im Zusammenhang mit Figur 1 wurde beispielhaft ein modularer Multilevelstromrichter beschrieben, der eine Brückenschaltung aufweist . Der modulare Multilevelstromrichter kann aber auch anders aufgebaut sein, beispielsweise kann er eine Dreieckschaltung aufweisen .
In Figur 2 ist ein Aus führungsbeispiel eines Moduls 200 des modularen Multilevelstromrichters 1 dargestellt . Bei dem Modul kann es sich beispielsweise um eines der in Figur 1 dargestellten Module 1_1 ... 6_n handeln .
Das Modul 200 ist als ein Halbbrücken-Modul 200 ausgestaltet . Das Modul 200 weist ein erstes ( abschaltbares ) elektronisches Schaltelement 202 ( erstes abschaltbares Halbleiterventil 202 ) mit einer ersten antiparallel geschalteten Diode 204 auf . Weiterhin weist das Modul 200 ein zweites ( abschaltbares ) elektronisches Schaltelement 206 ( zweites abschaltbares Halbleiterventil 206 ) mit einer zweiten antiparallel geschalteten Diode 208 sowie einen elektrischen Energiespeicher 210 in Form eines Kondensators 210 auf . ( Die zu dem elektronischen Schaltelement antiparallel geschaltete Diode 204 oder 208 kann als eigenständiges Bauelement vorhanden sein; sie kann in anderen Aus führungsbeispielen aber auch bereits in der Halbleiterstruktur des elektronischen Schaltelements vorhanden sein . Letzteres kann beispielsweise bei einem rückwärtsleitfähigen elektronischen Schaltelement der Fall sein . ) Das erste elektronische Schaltelement 202 und das zweite elektronische Schaltelement 206 sind j eweils als ein IGBT ( insula- ted-gate bipolar transistor ) ausgestaltet . Das erste elektronische Schaltelement 202 ist elektrisch in Reihe geschaltet mit dem zweiten elektronischen Schaltelement 206 . Am Verbindungspunkt zwischen den beiden elektronischen Schaltelementen 202 und 206 ist ein erster galvanischer Modulanschluss 212 angeordnet . An dem Anschluss des zweiten elektronischen Schaltelements 206 , welcher dem Verbindungspunkt gegenüberliegt , ist ein zweiter galvanischer Modulanschluss 215 angeordnet . Der zweite Modulanschluss 215 ist weiterhin mit einem ersten Anschluss des Energiespeichers 210 elektrisch verbunden; ein zweiter Anschluss des Energiespeichers 210 ist elektrisch verbunden mit dem Anschluss des ersten elektronischen Schaltelements 202 , der dem Verbindungspunkt gegenüberliegt .
Der Energiespeicher 210 ist also elektrisch parallel geschaltet zu der Reihenschaltung aus dem ersten elektronischen Schaltelement 202 und dem zweiten elektronischen Schaltelement 206 . Durch entsprechende Ansteuerung des ersten elektronischen Schaltelements 202 und des zweiten elektronischen Schaltelements 206 durch eine Steuereinrichtung des Stromrichters kann erreicht werden, dass zwischen dem ersten Modulanschluss 212 und dem zweiten Modulanschluss 215 entweder die Spannung des Energiespeichers 210 ausgegeben wird oder keine Spannung ausgegeben wird ( d . h . eine Nullspannung ausgegeben wird) . Durch Zusammenwirken der Module der einzelnen Phasenmodul zweige kann so die j eweils gewünschte Ausgangsspannung des Stromrichters erzeugt werden .
In Figur 3 ist ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Moduls 300 des modularen Multilevelstromrichters dargestellt . Bei dem Modul 300 kann es sich beispielsweise um eines der in Figur 1 dargestellten Module 1_1 ... 6_n handeln . Neben den bereits aus Figur 2 bekannten ersten elektronischen Schaltelement 202 , zweiten elektronischen Schaltelement 206 , erster Freilauf diode 204 , zweiter Freilauf diode 208 und Energiespeicher 210 weist das in Figur 3 dargestellte Modul 300 ein drittes elektronisches Schaltelement 302 mit einer antiparal- lei geschalteten dritten Freilaufiode 304 sowie ein viertes elektronisches Schaltelement 306 mit einer vierten antiparallel geschalteten Freilauf diode 308 auf . Das dritte elektronische Schaltelement 302 und das vierte elektronische Schaltelement 306 sind j eweils als ein IGBT ausgestaltet . Im Unterschied zur Schaltung der Figur 2 ist der zweite Modulanschluss 315 nicht mit dem zweiten elektronischen Schaltelement 206 elektrisch verbunden, sondern mit einem Mittelpunkt (Verbindungspunkt ) einer elektrischen Reihenschaltung aus dem dritten elektronischen Schaltelement 302 und dem vierten elektronischen Schaltelement 306 .
Das Modul 300 der Figur 3 ist ein sogenanntes Vollbrücken- Modul 300 . Dieses Vollbrücken-Modul 300 zeichnet sich dadurch aus , dass bei entsprechender Ansteuerung der vier elektronischen Schaltelemente zwischen dem ersten Modulanschluss 212 und dem zweiten Modulanschluss 315 wahlweise entweder die positive Spannung des Energiespeichers 210 , die negative Spannung des Energiespeichers 210 oder eine Spannung des Wertes Null (Nullspannung) ausgegeben werden kann . Somit kann also mittels des Vollbrücken-Moduls 300 die Polarität der Ausgangsspannung umgekehrt werden . Der Multilevelstromrichter 1 kann im Allgemeinen entweder nur Halbbrücken-Module 200 , nur Vollbrücken-Module 300 oder auch Halbbrücken-Module 200 und Vollbrücken-Module 300 aufweisen .
In Figur 4 ist beispielhaft ein Traggestell 402 für Module des modularen Multilevelstromrichters 1 dargestellt . Das regalartige Traggestell 402 weist einen ersten Rahmen 406 auf , der in einer ersten Etage 408 ( erste Ebene 408 ) des Traggestells 402 angeordnet ist . Insbesondere bildet der erste Rahmen 406 die erste Etage 408 des Traggestells 402 . Der erste Rahmen 406 in der ersten Regaletage 408 bildet ein erstes Regal fach 406 des Regals 402 . Ebenso weist das Traggestell 402 einen zweiten Rahmen 410 auf , der in einer zweiten Etage 412 ( zweite Ebene 412 ) des Traggestells angeordnet ist bzw . der die zweite Etage 412 des Traggestells 402 bildet . Außerdem weist das Traggestell 402 einen gleichartigen dritten Rahmen 414 auf , der in einer dritten Etage 416 des Traggestells angeordnet ist bzw . der die dritte Etage 416 des Traggestells 402 bildet . Die Rahmen sind mittels Stützisolatoren 420 untereinander elektrisch isoliert , wobei die Stützisolatoren 420 die j eweils über ihnen angeordneten Rahmen tragen . Die Stützisolatoren 420 des Traggestells sind gleichartig ausgestaltet und haben insbesondere alle die gleiche Länge . Die Rahmen j eweils benachbarter Etagen sind also gegeneinander elektrisch isoliert mittels der Stützisolatoren 420 . So ist zum Beispiel der dritte Rahmen 414 der dritten Etage 416 mittels der entsprechenden Stützisolatoren 420 elektrisch isoliert gegenüber dem zweiten Rahmen 410 der zweiten Etage 412 . Ebenso ist zum Beispiel der zweite Rahmen 410 der zweiten Etage 412 mittels der entsprechenden Stützisolatoren 420 elektrisch isoliert von dem ersten Rahmen 406 der ersten Etage 408 . Außerdem ist der erste Rahmen 406 der ersten Etage 408 mittels der entsprechenden Stützisolatoren 420 elektrisch isoliert von dem nicht dargestellten Boden, auf dem das Traggestell 402 steht .
Im Aus führungsbeispiel sind die Rahmen j eweils zur Aufnahme von vier Modulen ausgestaltet . Beispielhaft ist dargestellt , dass der dritte Rahmen 414 ein erstes Modul 1_1 , ein zweites Modul 1_2 , ein drittes Modul 1_3 und ein viertes Modul 1_4 aufnimmt . Die Module 1_1 ... 1_4 sind dabei j eweils symbolisch als Quader dargestellt . In einem anderen Aus führungsbeispiel kann der dritte Rahmen 414 aber beispielsweise auch mit nur einem Modul , mit nur 2 Modulen oder mit nur 3 Modulen ( oder auch mit einer anderen Anzahl an Modulen) versehen sein . Jeder Rahmen ist also zur Aufnahme von mindestens einem Modul ausgestaltet . Der erste Rahmen 406 und der zweite Rahmen 410 können in gleicher Art und Weise Module aufnehmen wie der dritte Rahmen 414 .
Jeder Stützisolator 420 ist mittels mindestens einer Stützisolator-Halterung 428 mit einem Rahmen verbunden . So ist beispielsweise der zwischen dem ersten Rahmen 406 und dem zweiten Rahmen 410 angeordnete Stützisolator 420 ' mittels der Stützisolator Halterung 428 mit dem zweiten Rahmen 410 und mittels einer weiteren Stützisolator-Halterung 430 mit dem ersten Rahmen 406 verbunden . Genauer gesagt ist dabei der Stützisolator 420 ' mittels der Stützisolator-Halterung 428 mit einer Strebe 434 des zweiten Rahmens 410 verbunden . Im Aus führungsbeispiel ist die Strebe 434 vertikal ausgerichtet . Die Stützisolator-Halterung 428 kann an verschiedenen Stellen mit der Strebe 434 verbunden sein, dies ist durch den Pfeil 438 symbolisiert . Dieser Pfeil stellt eine Richtung 438 dar, in die die Stützisolator-Halterung 428 versetzt an dem Rahmen befestigt werden kann, ausgehend von der in Figur 4 dargestellten Position . Weitere Details zu der Stützisolator- Halterung sind in Figur 5 dargestellt .
Ein Abstand 442 zwischen dem ersten Rahmen 406 und dem zweiten Rahmen 410 ist in Figur 4 beispielhaft mittels eines Pfeils markiert . Dieser Abstand 442 entspricht der Luftstrecke zwischen dem ersten Rahmen 406 und dem zweiten Rahmen 410 . Wenn die Stützisolator-Halterung 428 in Richtung des Pfeils 438 versetzt und an einer anderen Stelle der Strebe 434 ( d . h . an einer anderen Stelle des Rahmens 410 ) befestigt wird, dann wird der Abstand 442 und damit die Luftstrecke kleiner . Gleiches gilt für die weitere Stützisolator-Halterung 430 : wenn die weitere Stützisolator-Halterung 430 in Richtung des Pfeils 446 versetzt wird und an einer anderen Stelle des ersten Rahmens ( an der entsprechenden Strebe ) mon- tiert/bef estigt wird, dann wird der Abstand 442 ebenfalls kleiner . Der Abstand 442 / die Luftstrecke 442 zwischen den Rahmen ist also mittels der Stüt zisolator-Halterung ( en) einstellbar . Wenn in j eder Etage/ in j edem Rahmen j eweils Module einer anderen elektrischen Phase des Stromrichters angeordnet sind, dann stellt der Abstand 442 den Abstand zwischen verschiedenen Phasen des Stromrichters dar .
Mittels der Stützisolator-Halterungen, die den ersten Rahmen 406 mit den diesen ersten Rahmen 406 tragenden Stützisolatoren 420 verbinden, kann der Abstand zwischen dem ersten Rah- men 406 und dem Boden, auf dem das Traggestell 402 steht , eingestellt werden .
In Figur 5 ist in einer vergrößerten Darstellung ein Ausschnitt aus der Figur 4 mit dem Stützisolator 420 ' dargestellt . Der Stützisolator 420 ' ist mittels der Stützisolator- Halterung 428 an der Strebe 434 des zweiten Rahmens 410 befestigt . Die Stützisolator-Halterung 428 ist im Aus führungsbeispiel als ein Winkel (Winkelelement ) ausgestaltet . In anderen Aus führungsbeispielen können die Stützisolator-Halterungen aber auch anders ausgestaltet sein .
Die Stützisolator-Halterung 428 weist eine erste Fläche 506 und eine zweite Fläche 508 auf . Im Aus führungsbeispiel sind die erste Fläche 506 und die zweite Fläche 508 rechtwinklig zueinander angeordnet . An der ersten Fläche 506 ist ein Ende des Stützisolators 420 ' befestigt . Die zweite Fläche 508 ist an dem Rahmen 410 befestigt , genauer gesagt an der Strebe 434 des Rahmens 410 . In der Figur 5 ist die zweite Fläche 508 verdeckt , wodurch die Bezugslinie des Bezugs zeichens 508 nicht genau auf die zweite Fläche weisen kann . Die zweite Fläche 508 ist diej enige Fläche der Stützisolator-Halterung 428 , die die Strebe 434 des zweiten Rahmens 410 berührt (Berührungs fläche der Stützisolator-Halterung 428 mit der Strebe 434 des zweiten Rahmens 410 ) . Die zweite Fläche 508 ist also die Fläche der Stützisolator-Halterung 428 , die der Strebe 434 des zweiten Rahmens 410 zugewandt ist . Ein weiteres Beispiel für die zweite Fläche 508 ist die Fläche der weiteren Stützisolator-Halterung 430 , die die Strebe des ersten Rahmens 406 berührt .
Der Rahmen 410 (hier : die Strebe 434 ) weist voneinander beab- standete erste Ausnehmungen 512_a, 512_b, 512_c usw . auf , wobei diese ersten Ausnehmungen im Aus führungsbeispiel als Bohrungen ausgeführt sind . Die zweite Fläche 508 weist beabstan- dete zweite Ausnehmungen 514_a, 514_b, 514_c usw . auf , wobei diese zweiten Ausnehmungen im Aus führungsbeispiel ebenfalls als Bohrungen ausgeführt sind . Die ersten Ausnehmungen 512 sind in einer Flucht angeordnet , die zweiten Ausnehmungen 514 sind ebenfalls in einer Flucht angeordnet . Die ersten Ausnehmungen 512 korrespondieren mit den zweiten Ausnehmungen 514 . Insbesondere ist der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden ersten Ausnehmungen 512 so groß wie der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden zweiten Ausnehmungen 514 . Durch diese identischen Abstände zwischen den aufeinanderfolgenden ersten Ausnehmungen wird erreicht , dass der Abstand zwischen den einzelnen Rahmen in mehreren Stufen einstellbar ist ( stufenweises Einstellen, stufiges Einstellen des Abstands ) .
Durch eine der ersten Ausnehmungen 512 und durch die korrespondierende der zweiten Ausnehmungen 514 erstreckt sich eine Schraube , dadurch wird die Stützisolator-Halterung 428 mit dem Rahmen 410 kraf tschlüssig verbunden . Im Aus führungsbeispiel ist die Stützisolator-Halterung 428 mittels 4 Schrauben mit der Strebe 434 und damit mit dem zweiten Rahmen 410 verbunden . Aus Gründen der besseren Erkennbarkeit sind diese Schrauben 520 nur bei der weiteren Stützisolator-Halterung 430 dargestellt , wodurch bei der Stützisolator-Halterung 428 die zweiten Ausnehmungen 514 erkennbar sind .
In Figur 6 ist das Traggestell 402 der Figur 4 dargestellt für den Fall , dass die Stützisolator-Halterungen an einer anderen Stelle des j eweiligen Rahmens befestigt sind . Dabei sind beispielsweise die Stützisolator-Halterungen 428 und 430 an einer Befestigungsstelle an dem j eweiligen Rahmen befestigt , die in Richtung des Pfeils 438 bzw . in Richtung des Pfeils 446 gegenüber der in Figur 4 dargestellten Befestigungsstelle versetzt ist . Dadurch wird der Abstand 442 kleiner, ebenso wird auch der Abstand zwischen dem zweiten Rahmen 410 und dem dritten Rahmen 414 kleiner . Dies entspricht einer kleiner werdenden Luftstrecke 442 zwischen den Rahmen . Der Abstand zwischen den einzelnen Rahmen bzw . Etagen des Traggestells ist also in mehreren Stufen ( stufenweise , stufig) einstellbar . Dieser Abstand ist einstellbar mittels einer Ein- Stellvorrichtung, welche die ersten Ausnehmungen und die zweiten Ausnehmungen aufweist . Die Einstellvorrichtung ist also ausgestaltet zum Einstellen des Abstands zwischen den einzelnen Rahmen in mehreren Stufen .
Eine derartige kleinere Luf tstrecke/ein kleinerer Abstand 442 ist beispielsweise ausreichend für einen Multilevelstromrich- ter, welcher eine vergleichsweise kleinere Spannungsdi f ferenz zwischen den einzelnen Modulen aufweist (verglichen mit Figur 4 ) . Aufgrund des verringerten Abstands 442 kann das Traggestell 402 kompakter realisiert werden, dadurch ergibt sich eine Einsparung an Platz/Bauraum . Dies hat auch eine Kostenreduzierung zur Folge .
Das beschriebene Traggestell 402 ist nur beispielhaft zu verstehen . In anderen Aus führungsbeispielen kann das Traggestell auch anders ausgestaltet sein . Insbesondere kann das Traggestell eine andere Anzahl von Rahmen bzw . Etagen aufweisen oder in den Rahmen kann j eweils eine andere Anzahl an Modulen angeordnet sein .
Of fenbart wurde ein modularer Multilevelstromrichter , bei dem insbesondere die Abstände zwischen den Etagen bzw . Phasen, der Abstand zum Boden und/oder der Abstand zur Decke entsprechend dem j eweiligen Anforderungsspannungsbereich verändert ( skaliert ) werden können . Die Kriechstrecken bleiben dabei konstant , solange gleiche Stützisolatoren verwendet werden . Die gleichen Stützisolatoren können somit für viele verschiedene Spannungen bis zum Erreichen der mit diesen Stützisolatoren größtmöglichen Luftstrecke eingesetzt werden . Die einstellbaren Abstände , insbesondere die Phasenabstände , werden bei der Montage über ( insbesondere vertikal ) versetzbare Stützisolator-Halterungen gebildet . Somit ist es möglich, einen Stromrichter mit minimalen, auf den j eweiligen Anwendungs fall zugeschnittenen Luftstecken zu realisieren .
Dadurch ist die Variation der Luftstreckenabstände nicht mit einer Neuauswahl beziehungsweise einer Neukonstruktion von Stützisolatoren mit anschließender Testung etc . verbunden .
Bei steigender Variantenviel falt an Stromrichtern wird damit vorteilhafterweise der Engineering-Aufwand und der Dokumentenpflegeaufwand nicht erhöht . Zudem steigt der Anteil an Gleichteilen (hier : gleichen Stützisolatoren) für verschiedene Stromrichter, was sich positiv auf die Stückpreise auswirkt . Damit einhergehend entfallen auch beispielsweise Fes- tigkeitsnachweise für variantenspezi fische Stützisolatoren . Auch bei kurz fristigen Änderungen in der Spezi fikation des Stromrichters sind die Anpassungsaufwände geringer .
Es wurde ein modularer Multilevelstromrichter beschrieben, der einfach an unterschiedliche Spannungen angepasst werden kann . Dadurch können auf eine einfache Art und Weise j eweils die benötigten Minimal-Luftstrecken realisiert werden, so dass ein unnötig großer Bauraum durch überdimensionierte Luftstrecken vermieden wird .
Be zugs Zeichen
I Multilevelstromrichter
5 erster Wechselspannungsanschluss
7 zweiter Wechselspannungsanschluss
9 dritter Wechselspannungsanschluss
I I erster Phasenmodul zweig
13 zweiter Phasenmodul zweig
15 erstes Phasenmodul
16 erster Gleichspannungsanschluss
17 zweiter Gleichspannungsanschluss
18 dritter Phasenmodul zweig
21 vierter Phasenmodul zweig
24 zweites Phasenmodul
27 fünfter Phasenmodul zweig
29 sechster Phasenmodul zweig
31 drittes Phasenmodul
32 positivseitiges Stromrichterteil
33 negativseitiges Stromrichterteil
1 1 ... 6 n Module
200 Modul
202 erstes elektronisches Schaltelement
204 erste antiparallel geschaltete Diode
206 zweites elektronisches Schaltelement
208 zweite antiparallel geschaltete Diode
210 elektrischer Energiespeicher
212 erster Modulanschluss
215 zweiter Modulanschluss
302 drittes elektronisches Schaltelement
304 dritte antiparallel geschaltete Diode
306 viertes elektronisches Schaltelement
308 vierte antiparallel geschaltete Diode
315 zweiter Modulanschluss
402 Traggestell
406 erster Rahmen erste Etage zweiter Rahmen zweite Etage dritter Rahmen dritte Etage Stützisolator ' Stützisolator Stützisolator-Halterung Stützisolator-Halterung Strebe Richtung Abstand Richtung erste Fläche zweite Fläche erste Ausnehmungen zweite Ausnehmungen Schraube

Claims

Patentansprüche
1. Modularer Multilevelstromrichter (1) , der mindestens eine elektrische Reihenschaltung von Modulen (1_1, 1_2, 1_3, 1_4 ... l_n) aufweist, wobei die Module jeweils mindestens zwei elektronische Schaltelemente (202, 206) und einen elektrischen Energiespeicher (210) aufweisen,
- bei dem die Module (1_1, 1_2, 1_3, 1_4 ) in mindestens einem Traggestell (402) angeordnet sind, welches in mehreren Etagen (408, 412, 416) jeweils einen Rahmen (406, 410, 414) zur Aufnahme von jeweils mindestens einem Modul (1_1, 1_2, 1_3, 1_4 ) aufweist, wobei die Rahmen (406, 410) jeweils benachbarter Etagen (408, 412) gegeneinander elektrisch isoliert sind und wobei der Abstand (442) zwischen diesen Rahmen (406, 410) einstellbar ist.
2. Modularer Multilevelstromrichter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Abstand (442) zwischen den einzelnen Rahmen (406, 410) in mehreren Stufen einstellbar ist.
3. Modularer Multilevelstromrichter (1) nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, dass
- zwischen den einzelnen Rahmen (406, 410) Stützisolatoren (420) angeordnet sind.
4. Modularer Multilevelstromrichter (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
- jeweils ein Ende der Stützisolatoren (420') mittels einer Stützisolator-Halterung (428) an einem der Rahmen (410) befestigt ist.
5. Modularer Multilevelstromrichter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Stützisolator-Halterungen (428) jeweils eine erste Fläche (506) und eine zweite Fläche (508) aufweisen, wobei die erste Fläche (506) an einem Ende eines der Stützisolatoren (420') befestigt ist und die zweite Fläche (508) an einem der Rahmen (410) befestigt ist.
6. Modularer Multilevelstromrichter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Rahmen (410) jeweils mehrere voneinander beabstandete erste Ausnehmungen (512a ... 512c) aufweisen und/oder die zweite Fläche (508) der Stützisolator-Halterung (428) mehrere voneinander beabstandete zweite Ausnehmungen (514a ... 514c) aufweist .
7. Modularer Multilevelstromrichter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
- die ersten Ausnehmungen (512a ... 512c) in einer Flucht angeordnet sind und/oder die zweiten Ausnehmungen (514a ... 514c) in einer Flucht angeordnet sind.
8. Modularer Multilevelstromrichter (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass
- die ersten Ausnehmungen (512a ... 512c) mit den zweiten Ausnehmungen (514a ... 514c) korrespondieren.
9. Modularer Multilevelstromrichter (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden ersten Ausnehmungen (512a, 512b) jeweils dem Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden zweiten Ausnehmungen (514a, 514b) entspricht .
10. Modularer Multilevelstromrichter (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
- die ersten Ausnehmungen (512a ... 512c) und/oder die zweiten Ausnehmungen (514a ... 514c) jeweils als eine Bohrung ausgebildet sind.
11. Modularer Multilevelstromrichter (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Stützisolator-Halterungen (428) mit dem jeweiligen Rah- men (410) kraf tschlüssig verbunden sind.
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