Stromrichter mit unterbrechbarem Parallelkreis und Umrichter mit

*DE102007046511A120090423*
(19)
Bundesrepublik Deutschland
Deutsches Patent- und Markenamt
(10)
DE 10 2007 046 511 A1 2009.04.23
Offenlegungsschrift
(12)
H02M 7/72 (2006.01)
(21) Aktenzeichen: 10 2007 046 511.6
(22) Anmeldetag: 28.09.2007
(43) Offenlegungstag: 23.04.2009
(51) Int Cl.8:
(71) Anmelder:
Siemens AG, 80333 München, DE
(56) Für die Beurteilung der Patentfähigkeit in Betracht
gezogene Druckschriften:
DE 34 26 324 A1
(72) Erfinder:
Hermenau, Harald, 09648 Mittweida, DE
Die folgenden Angaben sind den vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen
Prüfungsantrag gemäß § 44 PatG ist gestellt.
(54) Bezeichnung: Stromrichter mit unterbrechbarem Parallelkreis und Umrichter mit zwei parallelkreis-unterbrechenden Stromrichtern
(57) Zusammenfassung: Die Erfindung betrifft einen Stromrichter (1a, 1b) zur Umformung einer Spannung und/oder
eines Stromes zwischen einem mehrphasigen Wechselstromnetz (14a, 14b) und einem Gleichstromnetz (8), wobei
an jeder Phase (L1, L2, L3) des Wechselstromnetzes (14a,
14b) mindestens ein rückspeisungsfähiger Leistungshalbleiter (2a, 2b, 2c, 2a', 2b', 2c') und mindestens ein Halbleiterelement (3a, 3b, 3c, 3a', 3b', 3c') mit einer bevorzugten
Stromflussrichtung angeordnet sind. Der rückspeisungsfähige Leistungshalbleiter (2a, 2b, 2c, 2a', 2b', 2c') ist, bezogen auf eine nicht-kommutierende Phase (L1, L2, L3) des
Wechselstromnetzes (14a, 14b), parallel zu dem Halbleiterelement (3a, 3b, 3c, 3a', 3b', 3c') angeordnet. Ein zum
Kommutierungszeitpunkt der kommutierenden Phasen (L1,
L2, L3) entstehender zusätzlicher Kreisstrom im Parallelkreis (4a, 4b, 4c) der nicht-kommutierenden Phase (L1, L2,
L3) wird durch eine kurzzeitige Unterbrechung dieses Parallelkreises (4a, 4b, 4c) bei der Kommutierung der beiden
anderen Phasen (L1, L2, L3) reduziert bzw. verhindert.
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Beschreibung
[0001] Die Erfindung betrifft einen Stromrichter zur Umformung einer Spannung und/oder eines Stromes zwischen einem dreiphasigen Wechselstromnetz und einem Gleichstromnetz. Des Weiteren betrifft die Erfindung
einen Umrichter mit einem netzseitigen Stromrichter und mit einem lastseitigen Stromrichter zur Umrichtung
des Wechselstromes eines netzseitigen Wechselstromnetzes in einen Wechselstrom eines lastseitigen Wechselstromnetzes.
[0002] Elektronische Schaltungen der Leistungselektronik werden zur Steuerung des Stromflusses zwischen
einer Stromquelle und einer Last bzw. zur Umformung einer Stromart in eine andere als Stromrichter bezeichnet und insbesondere zur Antriebssteuerung genutzt.
[0003] Bei der Gleichrichtung eines dreiphasigen Wechselstromes in einen Gleichstrom wird der Strom einer
Phase, beispielsweise der Phase L2, des Wechselstromnetzes im Rahmen der so genannten Kommutierung
(Stromübergabe) an die nächste Phase, beispielsweise an die Phase L3, des Wechselstromnetzes übergeben.
In den Schaltungselementen der Phasen L2 und L3 fließt während der Kommutierung ein Kreisstrom, der zu
einem Erlöschen des durchgeschalteten Schaltelements, beispielsweise einer Diode, an der Phase L2 führt.
Mit dem Schließen des Schaltelements der Phase L2 wird der Strom im Stromrichter ausschließlich durch die
Phase L3 bereitgestellt, bis nachfolgend ein weiterer Kommutierungsvorgang zur weiteren Phase, beispielsweise der Phase L1, einsetzt.
[0004] Der Stromfluss des Kreisstromes durch die Schaltungselemente der kommutierenden Phasen L2 und
L3 dauert nur solange an, wie die Netzspannung größer als die Gleichspannung im nachfolgenden Zwischenkreis ist. Ist während eines Kommutierungsvorganges der beiden Phasen L2 und L3 an der weiteren Phase L1
ein Parallelkreis aus einem energierückspeisungsfähigen Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode (engl.
insulated gate bipolar transistor, kurz IGBT) und einer Diode eingerichtet, so kommt es zu diesem Zeitpunkt zu
einem starken Stromabfall im IGBT des Parallelkreises. Dieser Stromabfall im IGBT des Parallelkreises hat
eine hohe positive Spannung an der Phase L1 zu Folge, so dass die parallel liegende Diode im Parallelkreis
leitfähig wird. Im Parallelkreis der nicht-kommutierenden Phase L1 bildet sich damit ein zusätzlicher Kreisstrom
bei der Kommutierung von der Phase L2 auf die Phase L3 aus, der zu einer zusätzlichen elektrischen Belastung des IGBT im Parallelkreis führt. Gleichzeitig wird durch den zusätzlichen Kreisstrom in dem Parallelkreis
der nicht-kommutierenden Phase L1 während der Kommutierung von der Phase L2 auf die Phase L3 die Energierückspeisefähigkeiten des IGBT im Parallelkreis stark reduziert.
[0005] Für den Fall, dass alle Phasen L1, L2 und L3 des Stromrichters einen Parallelkreis aufweisen, gelten
die obigen Ausführungen bezüglich der Bildung eines zusätzlichen Kreisstromes ebenfalls für den Parallelkreis
der jeweils nicht-kommutierenden Phase.
[0006] Die DE 44 27 805 C1 offenbart ein Verfahren zum Schutz eines netzgeführten, über eine Regelung
gesteuerten und aus einer kreisstromfreien Antiparallelschaltung zweier Netzstromrichterbrücken aufgebauten
Netzstromrichters. Der Netzstromrichter wird in einem im Vierquadrantenbetrieb arbeitenden Gleichspannungs-Zwischenkreisumrichter bei Netzfrequenzabsenkungen betrieben. Hierzu wird ein Abbild der am Eingang des Umrichters auftretenden Netz-Phasenspannungen über eine Sägezahnspannung integriert und mit
einem einer Frequenzabsenkung des Netzes entsprechenden Spannungswert verglichen. Falls die integrierten Sägezahnspannungen diesen Spannungswert überschreitet, wird die Regelung des Netzstromrichters gesperrt und der Netzschütz geöffnet. Die Sicherungen sprechen dadurch nicht an und der Umrichter ist nach der
Beendigung der Netzfrequenzabsenkung unmittelbar wieder betriebsbereit.
[0007] Ebenfalls beschreibt die DE 43 22 379 C1 eine Schaltungsanordnung zum Schutz der Halbleiterschalter beim Kippen einer netzgeführten und energierückspeisungsfähigen Netzstromrichterbrücke. Die rückspeisungsfähige Netzstromrichterbrücke wird kreisstromfrei mit einer zweiten, ihr antiparallel geschalteten und
netzgeführten Netzstromrichterbrücke in einem in Vierquadrantenbetrieb arbeitenden Gleichspannungszwischenkreisumrichter betrieben. An den Klemmen eines lastseitigen, selbstgeführten Stromrichters sind über
zumindest eine Zwischenkreisdrossel und einen Zwischenkreiskondensator die zwei Netzstromrichterbrücken
miteinander verbunden.
[0008] Bei der bekannten Schaltungsanordnung ist der zwischenkreisseitige Ausgang der beiden Netzstromrichterbrücken bei einer Überspannung oder bei einem über die Netzstromrichterbrücken fließenden Überstrom durch einen durchschaltbaren Kurzschlussthyristor überbrückt. Parallel zu dem Zwischenkreiskondensator ist eine entgegengesetzt zur betriebsmäßigen Polarität des Zwischenkreiskondensators gerichtete Ent-
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lastungsdiode geschaltet.
[0009] Die DE 10 2004 035 799 A1 offenbart einen Frequenzumrichter mit einem kondensatorlosen Zwischenkreis und einer Stromversorgungseinrichtung für eine Elektronik dieses Umrichters. Diese Stromversorgungseinrichtung weist eingangsseitig einen Pufferkondensator auf, der elektrisch parallel zum kondensatorlosen Zwischenkreis geschaltet ist, wobei in einer Zuleitung des Pufferkondensators eine Entkopplungsdiode
angeordnet ist. Der Steuereingang eines elektrisch antiparallel zur Entkopplungsdiode geschalteten, abschaltbaren Halbleiters ist mit einem Ausgang einer Netzausfallerkennungseinrichtung verbunden. Somit ist ein modifizierter Frequenzumrichter mit einem kondensatorlosen Zwischenkreis gebildet. Der Zwischenkreiskondensator des Spannungszwischenkreises bzw. dessen Kapazität ist immer derart groß bemessen, dass die in einer Schaltperiode der kommutierenden Phasen auftretenden Zwischenkreisströme unterschiedlichen Vorzeichens abgepuffert werden können.
[0010] Im Stand der Technik werden nur die Kreisströme der kommutierenden Phasen innerhalb eines Stromrichters bzw. Kreisströme zwischen antiparallel geschalteten Stromrichtern reduziert oder vermieden. Die zusätzlichen Kreisströme innerhalb eines Parallelkreises eines Stromrichters mit einem rückspeisungsfähigen
Halbleiterlelement, beispielsweise einem IGBT, in dem nicht-kommutierenden Phasenkreis bleiben im Stand
der Technik unbeachtet.
[0011] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit bereitzustellen, in einem Parallelkreis aus einem rückspeisungsfähigen und einem gleichrichtenden Halbleiterelement eines nicht-kommutierenden Phasenkreises die Energierückspeisefähigkeit des nicht-kommutierenden Phasenkreises bei einem
Kommutierungsvorgang zwischen zwei kommutierenden Phasen zu erhöhen und einen zusätzlichen Kreisstrom im Parallelkreis der nicht-kommutierenden Phase zu verringern bzw. zu vermeiden.
[0012] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Dazu ist vorgesehen, an jeder Phase des Wechselstromnetzes mindestens einen rückspeisungsfähigen Leistungshalbleiter und mindestens ein Halbleiterelement mit einer bevorzugten Stromflussrichtung, insbesondere als Teil einer
Schaltung, anzuordnen, wobei bezogen auf eine nicht-kommutierende Phase des Wechselstromnetzes parallel zu dem Halbleiterelement der rückspeisungsfähige Leistungshalbleiter angeordnet ist. Der derart gebildete
Parallelkreis ist in Abhängigkeit des Kommutierungszustandes von jeweils zwei kommutierenden Phasen des
Wechselstromnetzes unterbrechbar.
[0013] Im Falle eines Parallelkreises mit einem IGBT mit gegengerichteter Diode als rückspeisungsfähigen
Leistungshalbleiter und einer Diode als Halbleiterelement an einer nicht-kommutierenden Phase des Wechselstromnetzes entsteht zum Kommutierungszeitpunkt der kommutierenden Phasen ein zusätzlicher Kreisstrom
im Parallelkreis der nicht-kommutierenden Phase. Dieser zusätzliche Kreisstrom wird durch eine kurzzeitige
Unterbrechung des Parallelkreises der nicht-kommutierenden Phase bei der Kommutierung der beiden anderen Phasen reduziert bzw. verhindert. Vorteilhafterweise steuert eine Steuereinheit das Halbleiterelement, den
rückspeisungsfähigen Leistungshalbleiter und/oder eine Unterbrechereinheit im Parallelkreis der nicht-kommutierenden Phase im Kommutierungszeitpunkt der kommutierenden Phasen an.
[0014] Das Problem der zusätzlichen Kreisströme im Parallelkreis der nicht-kommutierenden Phase wird
durch die vorliegende Erfindung dadurch gelöst, dass zum Zeitpunkt des Entstehens der zusätzlichen Kreisströme der betroffene Strompfad für eine kurze Zeit, insbesondere für etwa 25 μsec, unterbrochen wird. Der
Kommutierungszeitpunkt zwischen den kommutierenden Phasen ist zumeist bekannt bzw. kann einfach ermittelt werden. Als Vorteil ergibt sich hieraus die Reduzierung der zusätzlichen Kreisströme auf einen Wert, der
einen energieeffizienten Betrieb des Parallelkreis aus dem Halbleiterelement und dem rückspeisungsfähigen
Leistungshalbleiter der nicht-kommutierenden Phase ohne Leistungseinschränkungen gewährleistet.
[0015] Im Falle einer Diodengleichrichterschaltung könnte – mit einem hohen Aufwand – der zusätzliche
Kreisstrom im Parallelkreis der nicht-kommutierenden Phase durch vollständige Unterbrechung des gesamten
Wechselstromnetzes kurzfristig abgeschaltet werden, was jedoch aus netzdynamischen Gründen nicht angebracht ist. Die hierfür notwendige Steuerung der passiven Einspeisegeräte für einen netzkonformen Betrieb
der Halbleiterelemente des Parallelkreises der nicht-kommutierenden Phase ist derzeit nicht bekannt. Bei den
bisher bekannten Stromrichtern ist weder eine entsprechende Überwachung, noch eine netzkonforme Steuerung des Parallelkreises der nicht-kommutierenden Phase offenbart.
[0016] In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Stromrichters ist vorgesehen, dass das Halbleiterelement
und/oder der rückspeisungsfähige Leistungshalbleiter der nicht-kommutierenden Phase in Abhängigkeit des
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Kommutierungszustandes der jeweils kommutierenden Phasen des Wechselstromnetzes ausschaltbar sind.
Die bereits im Parallelkreis schaltbaren Halbleiterelemente bzw. der rückspeisungsfähige Leistungshalbleiter
werden zur kurzzeitigen Abschaltung des Parallelkreises der nicht-kommutierenden Phase während der Kommutierung der kommutierenden Phase unmittelbar genutzt. Hierdurch müssen keine zusätzlichen Bauelemente in die Schaltung eingebracht werden.
[0017] Vorteilhafterweise ist eine Unterbrechereinheit, insbesondere ein Schalter, im Parallelkreis der
nicht-kommutierenden Phase in Abhängigkeit des Kommutierungszustandes der kommutierenden Phasen
des Wechselstromnetzes schaltbar. Die Einbringung eines durch den Zeitpunkt der kommutierenden Phasen
abhängig schaltbaren Schalters gewährleistet eine sofortige Unterbrechung des Parallelkreises der nicht-kommutierenden Phase während der Kommutierung der kommutierenden Phasen. Im Anschluss an die Kommutierung kann der Parallelkreis der nicht-kommutierenden Phase wiederum schnell, d. h. zeitsparend eingeschaltet werden und damit für eine mögliche eigene Kommutierung der angeschlossenen Phase zur Verfügung
stehen. Etwaige Spannungs- und Stromzustände in den Halbleiterelementen bzw. in dem rückspeisungsfähige
Leistungshalbleiter, die bei einer Ansteuerung zu Verzögerungen führen könnten, müssen bei der Verwendung
eines Schalters als Unterbrechereinheit im Parallelkreis nicht beachtet werden. Die Unterbrechereinheit kann
dabei wahlweise im Strang der gegengerichteten Diode des rückspeisungsfähigen Leistungshalbleiters oder
im Strang des Halbleiterelements angeordnet sein.
[0018] Die Einspeisung von elektrischer Energie in das mehrphasige Wechselstromnetz aus dem Gleichstromnetz erfolgt mittels der rückspeisungsfähigen Leistungshalbleiter durch die Netzführung und/oder Lastführung des mehrphasigen Wechselstromnetzes. Hierdurch ist gewährleistet, dass eine phasensynchrone Einspeisung der rückgespeisten elektrischen Energie in die jeweiligen Wechselstromnetze erfolgt und somit die
Netzstabilität durch die Rückeinspeisung von rückgewonnener elektrischer Energie nicht beeinträchtigt wird.
[0019] Zur gezielten Steuerung des Stromrichter ermittelt eine Steuereinheit den Kommutierungszeitpunkt
der kommutierenden Phasen und steuert bei dem Vorliegen des relevanten Kommutierungszeitpunktes das
Halbleiterelement, den rückspeisungsfähigen Leistungshalbleiter und/oder die Unterbrechereinheit an und
schaltet damit in einem definierten Zeitfenster Teile des nicht-kommutierenden Phasenkreises ab. Vorteilhafterweise können zusätzliche Strom- oder Spannungsquellen für das Schalten des Halbleiterelements und/oder
des rückspeisungsfähigen Leistungshalbleiters mittels der Ansteuerung der Steuereinheit genutzt werden.
[0020] Das Halbleiterelement ist vorteilhafterweise ein Thyristor, beispielsweise ein abschaltbarer GTO-Thyristor (engl. gate turned off), eine Diode, ein Feldeffekttransistor (FET) mit einer Diode, wie beispielsweise ein
Metalloxidhalbleiter-Silizium-Feldeffekttransistor (engl. metal oxide semiconductor field effect transistor, kurz
MOS-FET), und/oder ein Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode (engl. insulated-gate bipolar transistor,
kurz IGBT) mit einer gegengerichteten Diode. Der rückspeisungsfähige Leistungshalbleiter ist zweckmäßigerweise ein IGBT mit einer gegengerichteten Diode.
[0021] Geeigneterweise erfolgt die Umschaltung der rückspeisungsfähigen Leistungshalbleiter phasensynchron mit der jeweiligen Phase des Wechselstromnetzes, um den Rückspeisestrom phasenrichtig auf die Netzphasen aufzuteilen. Motorströme werden in diesem Fall nicht gesteuert. Die Ansteuerung des rückspeisungsfähigen Leistungshalbleiters der nicht-kommutierenden Phase erfolgt blockgesteuert. Der rückspeisungsfähige Leistungshalbleiter ist immer dann eingeschaltet, wenn auch seine antiparallel geschaltete Freilaufdiode
der nicht-kommutierenden Phase leitend ist. Im Rückspeisebetrieb ist die Zwischenkreisspannung höher als
die Netzspannung und somit kann Strom aus dem Gleichstromkreis als Zwischenkreis über die rückspeisungsfähigen Leistungshalbleiter der nicht-kommutierenden Phase ins Wechselstromnetz zurückfließen.
[0022] Der Stromrichter kann ein Gleich- oder Wechselrichter sein, während die Schaltung eine Mittelpunktsschaltung, eine Brückenschaltung oder eine Einwegschaltung ist.
[0023] Bei einem erfindungsgemäßen Umrichter mit einem netzseitigen Stromrichter und mit einem lastseitigen Stromrichter ist der Parallelkreis der nicht-kommutierenden Phase in Abhängigkeit des Kommutierungszustandes von jeweils zwei kommutierenden Phasen des netzseitigen und/oder des lastseitigen Wechselstromnetzes unterbrechbar. Der netzseitige Stromrichter ist zweckmäßigerweise ein Gleichrichter, der in Reihe
(Reihenschaltung) über einen Gleichstromkreis mit dem lastseitigen Stromrichter als Wechselrichter verbunden ist. Anstelle des Gleichstromkreises kann als Zwischenkreis auch ein Gleichspannungskreis Teil des Umrichters sein. Alternativ können die Stromrichter ohne einen Gleichstromkreis antiparallel miteinander verbunden sein.
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[0024] Der Umrichter ist vorteilhafterweise mit einer netzseitigen Drossel zur Glättungen einer Pulsweitenmodulation und mit einem lastseitigen Ausgangsfilter verbunden. Zur Glättung der Zwischenkreisspannung in
dem Gleichstromkreis ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung des Umrichters zwischen dem netzseitigen
Stromrichter und dem lastseitigen Stromrichter ein Kondensator angeordnet.
[0025] Der lastseitige Stromrichter des Umrichters ist mit einem Motor verbunden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Umrichters ist vorgesehen, dass bei einem Bremsvorgang des Motors die dabei generatorisch
erzeugte elektrischen Energie über den lastseitigen Stromrichter und über den Gleichstromkreis an den netzseitige Stromrichter weitergeleitet und die rückspeisungsfähigen Leistungshalbleiter die generatorisch erzeugte elektrischen Energie an das netzseitige Wechselstromnetz phasensynchron übertragen.
[0026] In einer weiteren geeigneten Ausgestaltung des Umrichters ist der Kommutierungszustand in Form
des relevanten Kommutierungszeitpunktes zwischen den kommutierenden Phasen des netzseitigen Wechselstromnetzes ermittelbar. Eine Steuereinheit unterbricht in dem Parallelkreis der nicht-kommutierenden Phase
des netzseitigen Stromrichters den Stromfluss mittels einer Ansteuerung des Halbleiterelements, mittels des
rückspeisungsfähigen Leistungshalbleiters und/oder mittels der Unterbrechereinheit im Parallelkreis des netzseitigen Stromrichters. Zweckmäßigerweise ist der Umrichter mit einem dreiphasigen netzseitigen Wechselstromnetz und/oder einem dreiphasigen lastseitigen Wechselstromnetz verbunden.
[0027] Bei einem Verfahren zur Umformung einer Spannung bzw. eines Stromes zwischen einem mehrphasigen Wechselstromnetz und einem Gleichstromnetz in einem Stromrichter ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass bezogen auf eine nicht-kommutierende Phase des Wechselstromnetzes parallel zu dem Halbleiterelement der rückspeisungsfähige Leistungshalbleiter angeordnet ist, wobei der derart gebildete Parallelkreis in
Abhängigkeit des Kommutierungszustandes der jeweils kommutierenden Phasen des Wechselstromnetzes für
eine bestimmte Zeit unterbrochen wird.
[0028] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
[0029] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
[0030] Fig. 1 eine Schaltung eines netzseitigen Stromrichters mit den relevanten Schaltungselemente eines
Parallelkreises der nicht-kommutierenden Phase L1 während einer Kommutierung von der Phase L2 auf die
Phase L3,
[0031] Fig. 2 ein Diagramm des Verlauf des Kollektorstromes des rückspeisungsfähigen Leistungshalbleiters
und den Diodenstrom des Halbleiterelements im Parallelkreis der nicht-kommutierenden Phase bei einer Unterbrechung 25 μsec während des Kommutierungszeitpunkts der kommutierenden Phasen,
[0032] Fig. 3 eine Schaltung eines netzseitigen Stromrichters mit drei Parallelkreisen der Phasen L1, L2 und
L3 mit einer netzseitigen Drossel, und
[0033] Fig. 4 eine Übersichtsschaltung eines Umrichters, wobei der netzseitige Stromrichter einen Impulsgeber zur Unterbrechung der nicht-kommutierenden Phase während der Kommutierung der kommutierenden
Phasen aufweist.
[0034] Die Fig. 1 zeigt ein Schaltung eines netzseitigen Stromrichters 1a mit einem Parallelkreis 4a der relevanten Schaltungselemente 2a, 3a einer nicht-kommutierenden Phase L1 und der relevanten Schaltungselemente 2b, 2c', 3b, 3c kommutierender Phasen L2 und L3 während der Kommutierung von der Phase L2 auf
die Phase L3. Die gegebenenfalls notwendigen weiteren Bauelemente einer Gesamtschaltung mit weiteren
Parallelkreisen für weitere Kommutierungen von den Phasen L3 auf L1 bzw. von L1 auf L2 sind in der Fig. 1
aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt, jedoch Teil der vorliegenden Erfindung. Die Phasen L1, L2,
L3 sind die Phasen eines dreiphasigen netzseitigen Wechselstromnetzes 14a (Fig. 4).
[0035] Während der Kommutierung des Phasenkreises L2 mit einer Diode 3b und einem in einer Brückenschaltung angeordneten IGBT 2b mit einer gegengerichteten Diode auf den Phasenkreis L3 – ebenfalls mit
einer Diode 3c und einem weiteren IGBT 2c' mit einer gegengerichteten Diode als rückspeisungsfähigen Leistungshalbleiter ausgestattet – entsteht während der Kommutierung ein Kreisstrom über die Verbindung der
IBGTs 2b, 2c' und eines Teilabschnittes eines Gleichstromkreises 8.
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[0036] Zu Beginn eines Kommutierungsdurchlaufes sei angenommen, dass der IGBT 2a der ersten Phase L1
eingeschaltet ist. Zu diesem Zeitpunkt ist auch der IGBT 2b der zweiten Phase L2 im negativen Zweig leitend.
Mit fortschreitendem Kommutierungsvorgang wechselt der Stromfluss vollständig auf die zweite Phase L2. In
diesem Fall beginnt in der Diode 3a der ersten Phase L1 ein Strom zu fließen. Der Stromfluss dauert nur solange an, wie die Netzspannung größer als die Zwischenkreisspannung ist.
[0037] Mit fortlaufendem Kommutierungsvorgang wird der leitende IGBT 2b der zweiten Phase ausgeschaltet
und der IGBT 2c' der dritten Phase L3 eingeschaltet. Während dieses Zeitpunktes entsteht ein Kreisstrom zwischen den geöffneten Halbleiterelementen 3b, 3c und den geschalteten IGBTs als rückspeisefähige Leistungshalbleiter 2b und 2c'. Gleichzeitig wird der Stromfluss auf die dritte Phase L3 übergeleitet und der durch die
Phase L2 fließende Strom wird von der Freilaufdiode 3c der dritten Phase L3 übernommen. Da im Einschaltmoment des IGBTs 2b – als rückspeisefähiger Leistungshalbleiter der zweiten Phase L2 – die Spannungsdifferenz zwischen L2 und L3 gleich Null ist, kommt es zu diesem Zeitpunkt zu einem starken Stromabfall im rückspeisefähigen Leistungshalbleiter 2a. Dies hat eine hohe positive Spannung an der ersten Phase L1 zur Folge,
so dass die im Parallelkreis 4a liegende Diode 3a leitfähig wird. Es bildet sich ein zusätzlicher Kreisstrom über
den Parallelkreis 4a der Schaltungselemente 3a, 2a und den Gleichstromkreis 8 aus, der zu einer zusätzlichen
elektrischen Belastung des rückspeisefähigen Leistungshalbleiters als IGBT 2a im Parallelkreis 4a führt.
[0038] Durch die Verwendung eines Schalters 5 als Unterbrechereinheit im ersten Phasenkreis L1 kann während des Kommutierungsvorgangs von der Phase L2 auf die Phase L3 der Parallelkreis 4a unterbrochen und
damit die Rückspeisefähigkeit von elektrischer Energie aus dem Gleichstromnetz 8 über den rückspeisefähiger
Leistungshalbleiter 2a der nicht-kommutierenden Phase L1 erhöht werden. Gleichzeitig wird durch die kurzfristige Unterbrechung des Parallelkreises 4a ein zusätzlicher Kreisstrom vermindert bzw. unterdrückt. Wahlweise
kann die Unterbrechereinheit 5 im Strang des IGBT 2a und/oder im Strang der Diode 3a des Parallelkreises
4a angeordnet sein. Vorteilhafterweise wird der Kommutierungszeitpunkt von der Phase L2 auf die Phase L3
mit Hilfe einer Steuereinheit 6 ermittelt. Die Steuereinheit 6 steuert unmittelbar den Schalter 5 des Parallelkreises 4a an und öffnet den Schalter 5 im Kommutierungszeitpunkt 15 (Fig. 2) von der Phase L2 auf die Phase
L3 während eines definierten Zeitfensters und schließt anschließend den Schalter 5 wieder.
[0039] Zur besseren Erläuterung der Arbeitsweise des Stromrichters 1a ist in der Fig. 1 nur ein Parallelkreis
4a in dem Stromrichter 1a an der Phase L1 mit den beteiligen Schaltungselementen 2a, 2b, 2c', 3a, 3b, 3c
während der Kommutierung von der Phase L2 auf die Phase L3 dargestellt. Im Falle von weiteren Parallelkreisen 4b, 4c (Fig. 3) an einer jeweiligen weiteren Phase L2 und L3 sind diese Parallelkreise 4b, 4c ebenfalls,
beispielsweise mittels jeweils eines Schalters 5, unterbrechbar.
[0040] Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den zusätzlichen Kreisstrom in dem Parallelkreis 4a der
nicht-kommutierenden Phase L1 zu unterbrechen oder dessen Entstehung zu verhindern.
[0041] In der Fig. 2 ist der Stromverlauf des Kollektorstromes I_IGBT des IGBT 2a mit entgegengerichteter
Diode als rückspeisefähiger Leistungshalbleiter und des Stromflusses I_DIODE durch die parallel geschaltete
Diode als Halbleiterelement 3a des Parallelkreis 4a der nicht-kommutierenden Phase am Beispiel der Phase
L1 dargestellt. Der zusätzliche Kreisstrom im Parallelkreis 4a wird durch eine gezielte Sperrung des IGBT 2a
der nicht-kommutierenden Phase L1 während des Kommutierungszeitpunktes 15 der kommutierenden Phasen, beispielsweise der Phasen L2 und L3, unterbrochen. Damit wird das „Zünden" der Diode 3a unterdrückt
und der zusätzliche Kreisstrom entsteht nicht im Parallelkreis 4a der nicht-kommutierenden Phase L1.
[0042] Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, dass zum Kommutierungszeitpunkt 15 der Kollektorstrom I_IGBT für eine
kurze Zeit unterbrochen wird. Im dargestellten Beispiel beträgt das definierte Zeitfenster für die Unterbrechung
des Parallelkreises 4a 25 μsec. Diese Sperrung des IGBT 2a für den Kommutierungszeitpunkt 15 bewirkt eine
Reduzierung des Stromes I_DIODE durch die Diode 3a und damit eine Erhöhung der phasensynchronen
Rückspeisefähigkeit in das netzseitige Wechselstromnetz 14a (Fig. 4).
[0043] Mittels einer Fast Fourier Transformation(FFT)-Simulation konnte verifiziert werden, dass die kurzzeitige Stromunterbrechung des Parallelkreises 4a der nicht-kommutierenden Phase L3 die Rückspeisefähigkeit
nachhaltig erhöht. Im Rahmen der FFT-Analyse wurde vor allem der Einfluss der kurzzeitigen Stromunterbrechung des Parallelkreises 4a auf die Spannung des Gleichstromkreises 8, die Rückwirkungen auf das Wechselstromnetz 14 und die Verlustleistungsbilanz im IGBT 2a des Parallelkreises 4a der nicht-kommutierenden
Phase L1 durch die zusätzlichen Schaltvorgänge untersucht.
[0044] Bei der gewählten Sperrzeit von 25 μsec des Parallelkreises 4a der nicht-kommutierenden Phase L1
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während der Kommutierung von der Phase L2 auf die Phase L3 erhöht sich die Spannung des Gleichstromkreises 8 um etwa 10 V. Das ist ein tolerierbarer Wert, auch unter Berücksichtigung des Betriebes an maximaler Netzeingangsspannung, da die Spannung des Gleichstromkreises 8 die Amplitude der Eingangsspannung
des Wechselstromnetzes 14a nicht übersteigt.
[0045] Die kurzzeitige Sperrung des IGBT 2a hat daher keine signifikanten Rückwirkungen auf das Wechselstromnetzes 14a. Lediglich die Grundwelle von 50 Hz des Wechselstromnetzes 14a ist etwas erhöht, wie der
nachfolgende tabellarischen Auszug der FFT-Analyse der Auswirkungen eines bzw. keines zusätzlichen Kreisstromes in einem Parallelkreis 4a der nicht-kommutierenden Phase auf ausgewählte Frequenzen des Wechselstromnetzes 14a entnommen werden kann:
Frequenz (Hz)
Frequenzoberwelle
50
250
350
850
950
1150
1250
5te
7te
17te
19te
23te
25te
Rückspeisung mit Kreisstrom (A)
1345,31
211,09
279,98
122,68
84,10
85,22
63,93
Rückspeisung ohne
Kreisstrom (A)
1354,07
279,41
207,54
122,40
79,59
91,65
67,27
[0046] Die fünfte Oberwelle (250 Hz) erhöht sich beispielsweise signifikant und im Gegenzug verringert sich
die siebte Oberwelle (350 Hz) um etwa denselben Betrag. Hierbei ist berücksichtigen, dass die in eine Oberwelle rückspeisungsfähige elektrische Energie mit höheren Oberwellen immer weiter abnimmt.
[0047] Durch die sich verringernden zusätzlichen Kreisströme minimieren sich die Schaltverluste des IGBT
2a mit entgegengerichteter Diode als rückspeisefähiger Leistungshalbleiter und der Diode als Halbleiterelement 3a des Parallelkreis 4a der nicht-kommutierenden Phase L1 bei höherer Rückspeiseleistung im Vergleich
zu einer Rückspeisung mit einem zusätzlichen Kreisstrom im Parallelkreis 4a. Der zusätzliche Schaltvorgang
pro Periode beeinträchtigt die Leistungsbilanz des rückspeisefähigen Leistungshalbleiters 2a und der Diode
als Halbleiterelement 3a nicht oder nur unwesentlich.
[0048] Eine Verlängerung der Sperrzeit während des Kommutierungszeitpunktes 15 der kommutierenden
Phasen ist bis zur vollständigen Unterdrückung der zusätzlichen Kreisströme möglich. In diesem Falle ist die
Spannung des Gleichstromkreises 8 deutlich erhöht und der Spitzenstrom I_IGBT des IGBT 3a steigt ebenfalls
stark an. Die maximale Sperrzeit sollte daher maximal der Dauer der Kommutierung der kommutierenden Phasen entsprechen. In der dargestellten FFT-Analyse liegt die maximale Sperrzeit des Parallelkreises 4a der
nicht-kommutierenden Phase bei 110 μsec.
[0049] Gleichzeitig wird mit der Reduzierung des zusätzlichen Kreisstromes auch der Strom im Leerlaufbetrieb reduziert. Dies geschieht jedoch nicht in demselben Maße wie beim Rückspeisen der elektrischen Energie
in das Wechselstromnetz 14a, da der Mechanismus des Leerlaufstromes ein anderer ist als der des zusätzlichen Kreisstromes.
[0050] Eine Schaltung des netzseitigen Stromrichters 1a mit drei Parallelkreisen 4a, 4b, 4c sowie mit einer
netzseitigen Drossel 13 ist in Fig. 3 dargestellt. Die Kommutierung der Phasen L1, L2, L3 erfolgt wechselseitig
bezüglich der IGBTs 2a, 2b, 2c, 2a', 2b', 2c' mit entgegengerichteter Diode als rückspeisefähiger Leistungshalbleiter. So erfolgt beispielsweise die Kommutierung von der Phase L2 auf die Phase L3 durch Übergabe
des Stromflusses vom IGBT 2b auf den IGBT 2c'. In diesem Falle ist die nicht-kommutierende Phase L1 und
der daran angeschlossene Parallelkreis 4a während der Kommutierung zu unterbrechen.
[0051] Im gezeigten Beispiel der Fig. 3 ist keine Steuereinheit als Teil der Schaltung des netzseitigen Stromrichter 1a dargestellt. Die kurzzeitige Ansteuerung der gegengerichteten Dioden der oberen IGBTs 2a, 2b, 2c,
bzw. der oberen Halbleiterelemente 3a, 3b, 3c im Parallelkreis 4a, 4b, 4c der jeweils nicht-kommutierenden
Phase L1, L2, L3 wird in der dargestellten Schaltung mittels eines kurzzeitigen Spannungsimpulses in den jeweiligen Parallelkreis 4a, 4b, 4c durch einen Impulsgeber 9 gewährleistet. Mittels des Spannungsimpulses im
jeweiligen Parallelkreis 4a, 4b, 4c der jeweils nicht-kommutierenden Phase L1, L2, L3 sperrt die jeweilige Diode der oberen IGBTs 2a, 2b, 2c, bzw. der oberen Halbleiterelemente 3a, 3b, 3c und unterbricht in einem definierten Zeitfenster den Parallelkreis 4a, 4b, 4c der jeweils nicht-kommutierenden Phase L1, L2, L3.
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[0052] Da der jeweilige Kommutierungszeitpunkt 15 der Phasen L1, L2, L3 bekannt ist, sperrt der Impulsgeber 9 zu dem jeweiligen Kommutierungszeitpunkt 15 für ein definiertes Zeitfenster den jeweiligen Parallelkreis
4a, 4b, 4c der jeweils nicht-kommutierenden Phase L1, L2, L3. Das definierte Zeitfenster ist dem Impulsgeber
9 vorgebbar.
[0053] Die unteren Halbleiterelemente 3a', b', 3' bilden zusammen mit den oberen Halbleiterelemente 3a, b,
3c eine ungesteuerte Sechspuls-Brückenschaltung. Parallel bezüglich jeder Phase L1, L2, L3 bilden die IGBTs
mit entgegengerichteter Diode 3a, 3c, 3a', 3b', 3c' ebenfalls eine ungesteuerte Sechspuls-Brückenschaltung.
Zur Glättung der Spannung des Gleichstromkreises 8 werden Glättungskondensatoren 7, 7' für die Brückenschaltung der IGBTs mit entgegengerichteter Diode 3a, 3b, 3c, 3a', 3b', 3c' und der Brückenschaltung der
Halbleiterelemente 3a, 3b, 3c, 3a', 3b', 3c' jeweils eingesetzt.
[0054] In der Fig. 4 ist eine Übersichtsschaltung des Umrichters 10 dargestellt, wobei der netzseitige Stromrichter 1a mit einem Impulsgeber 9 zur Unterbrechung der nicht-kommutierenden Phase, beispielsweise die
Phase L1, während der Kommutierung der kommutierenden Phasen, beispielsweise der Phasen L2 und L3,
verbunden ist. Der Impulsgeber 9 kann dabei mit einer Steuereinheit 6 gemäß Fig. 1 verbunden sein. Ebenfalls
kann der Impulsgeber 9 mit einer Spannungsquelle und/oder Stromquelle verbunden sein, die die elektrische
Energie für die Sperrimpulse der Parallelkreise 4a, 4b, 4c liefert.
[0055] Der Impulsgeber 9 ist im dargestellten Beispiel mit allen rückspeisefähigen Leistungshalbleitern 2a,
2b, 2c, 2a', 2b', 2c' der jeweils nicht-kommutierenden Phasen L1, L2, L3 verbunden und unterbricht während
der Kommutierungsphase der kommutierenden Phasen L1, L2, L3 den jeweiligen Parallelkreis 4a, 4b, 4c der
jeweils nicht-kommutierenden Phase L1, L2, L3.
[0056] Der netzseitige Stromrichter 1a ist mit einem dreiphasigen Wechselstromnetz 14a und mit einem
Gleichstromkreis 8 verbunden. Die im Gleichstromkreis 8 auftretenden Impedanzen 12 sind symbolisch zu einem Schaltungssymbol zusammengefasst.
[0057] Im Gleichstromkreis 8 ist ein Glättungskondensator 7 zur Glättung der Spannung angeordnet. Der
gleichgerichtete Strom bzw. die gleichgerichtete Spannung des netzseitigen Wechselstromnetzes 14 wird vom
netzseitigen Stromrichter 1a in den Gleichstromkreis 8 gespeist und steht damit dem lastseitigen Stromrichter
1b zur Verfügung. Mit der Umwandlung in einen dreiphasigen Wechselstrom im lastseitigen Wechselstromnetz
14b kann der Wechselstrom zur Ansteuerung, beispielsweise eines Motors 11, verwendet werden. Im dargestellten Beispiel weist der lastseitige Stromrichter 1b keinen Parallelkreis 4a, 4b, 4c an den Phasen des lastseitigen Wechselstromnetzes 14b auf.
[0058] Bei einem Bremsvorgang des Motors 11 arbeitet dieser ebenfalls als Generator, so dass die gewonnene elektrische Energie wieder in das netzseitige Wechselstromnetz 14a zurückgespeist werden kann. Hierfür werden im lastseitigen Stromrichter 1b die rückspeisefähigen Leistungshalbleiter 2a, 2b, 2c, 2a', 2b', 2c'
genutzt, um die in Abhängigkeit der jeweiligen Phase des lastseitigen Wechselstromnetzes 14b aufgenommene elektrische Energie in den Gleichstromkreis 8 einzuspeisen. Der netzseitige Stromrichter 1a entnimmt dem
Gleichstromkreis 8 diese rückspeisungsfähige Energie und gibt mittels der pro Phase L1, L2, L3 angeordneten
rückspeisefähigen Leistungshalbleiter 2a, 2b, 2c, 2a', 2b', 2c' die am Motor 11 generatorisch erzeugte elektrische Energie phasensynchron an das netzseitige Wechselstromnetz 14a wieder ab.
[0059] Der zeitlich definierte Sperrimpuls des Impulsgebers 9 für den Parallelkreis 4a, 4b, 4c der nicht-kommutierenden Phase L1, L2, L3 führt zur Sperrung der den IBGTs gegengerichteten Dioden als Teil der rückspeisungsfähigen Leistungshalbleiter 2a, 2b, 2c, 2a', 2b', 2c' bzw. zur Sperrung der im jeweiligen Parallelkreis
4a, 4b, 4c parallelgeschalteten Halbleiterelemente 3a, 3b, 3c, 3a', 3b', 3c'. Hierdurch wird der Stromfluss des
Parallelkreises 4a, 4b, 4c der nicht-kommutierenden Phase L1, L2, L3 im Kommutierungszeitpunkt 15 der
kommutierenden Phasen L1, L2, L3 unterbrochen und ein zusätzlicher Kreisstrom im Parallelkreis 4a, 4b, 4c
der zeitabhängig nicht-kommutierenden Phasen L1, L2, L3 minimiert bzw. verhindert.
[0060] Zusammenfassens sind bei dem erfindungsgemäßen Stromrichter 1a, 1b zur Umformung einer Spannung bzw. eines Stromes zwischen einem mehrphasigen Wechselstromnetz 14a, 14b und einem Gleichstromnetz 8 an jeder Phase L1, L2, L3 des Wechselstromnetzes 14a, 14b mindestens ein rückspeisungsfähiger
Leistungshalbleiter 2a, 2b, 2c, 2a', 2b', 2c' und mindestens ein Halbleiterelement 3a, 3b, 3c, 3a', 3b', 3c' mit
einer bevorzugten Stromflussrichtung angeordnet. Der rückspeisungsfähige Leistungshalbleiter 2a, 2b, 2c,
2a', 2b', 2c' ist bezogen auf eine nicht-kommutierende Phase L1, L2, L3 des Wechselstromnetzes 14a, 14b
parallel zu dem Halbleiterelement 3a, 3b, 3c, 3a', 3b', 3c' angeordnet.
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[0061] Der derart gebildete Parallelkreis 4a, 4b, 4c ist in Abhängigkeit des Kommutierungszustandes der jeweils kommutierenden Phasen L1, L2, L3 des Wechselstromnetzes 14a, 14b unterbrechbar. Ein zum Kommutierungszeitpunkt der kommutierenden Phasen L1, L2, L3 entstehender zusätzlicher Kreisstrom im Parallelkreis 4a, 4b, 4c der nicht-kommutierenden Phase L1, L2, L3 wird durch die kurzzeitige Unterbrechung des Parallelkreises 4a, 4b, 4c der nicht-kommutierenden Phase L1, L2, L3 bei der Kommutierung der beiden anderen
Phasen L1, L2, L3 reduziert bzw. verhindert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
- DE 4427805 C1 [0006]
- DE 4322379 C1 [0007]
- DE 102004035799 A1 [0009]
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Patentansprüche
1. Stromrichter (1a, 1b) zur Umformung einer Spannung und/oder eines Stromes zwischen einem mehrphasigen Wechselstromnetz (14a, 14b) und einem Gleichstromnetz (8),
– wobei an jeder Phase (L1, L2, L3) des Wechselstromnetzes (14a, 14b) mindestens ein rückspeisungsfähiger
Leistungshalbleiter (2a, 2b, 2c, 2a', 2b', 2c') und mindestens ein Halbleiterelement (3a, 3b, 3c, 3a', 3b', 3c')
mit einer bevorzugten Stromflussrichtung angeordnet sind,
– wobei bezogen auf eine nicht-kommutierende Phase (L1, L2, L3) des Wechselstromnetzes (14a, 14b) parallel zu dem Halbleiterelement (3a, 3b, 3c, 3a', 3b', 3c') der rückspeisungsfähige Leistungshalbleiter (2a, 2b,
2c, 2a', 2b', 2c') angeordnet ist, und
– wobei der derart gebildete Parallelkreis (4a, 4b, 4c) in Abhängigkeit des Kommutierungszustandes der jeweils kommutierenden Phasen (L1, L2, L3) des Wechselstromnetzes (14a, 14b) unterbrechbar ist.
2. Stromrichter (1a, 1b) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterelement (3a, 3b,
3c, 3a', 3b', 3c') und/oder der rückspeisungsfähige Leistungshalbleiter (2a, 2b, 2c, 2a', 2b', 2c') der nicht-kommutierenden Phase (L1, L2, L3) in Abhängigkeit des Kommutierungszustandes der kommutierenden Phasen
(L1, L2, L3) des Wechselstromnetzes (14a, 14b) ausschaltbar sind.
3. Stromrichter (1a, 1b) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Unterbrechereinheit
(5), insbesondere ein Schalter, im Parallelkreis (4a, 4b, 4c) der nicht-kommutierenden Phase (L1, L2, L3) in
Abhängigkeit des Kommutierungszustandes der kommutierenden Phasen (L1, L2, L3) des Wechselstromnetzes (14a, 14b) schaltbar ist.
4. Stromrichter (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückeinspeisung von elektrischer Energie in das mehrphasige Wechselstromnetz (14a, 14b) aus dem Gleichstromnetz
(8) mittels der rückspeisungsfähigen Leistungshalbleiter (2a, 2b, 2c, 2a', 2b', 2c') durch die Netzführung
und/oder Lastführung des mehrphasigen Wechselstromnetzes (14a, 14b) erfolgt.
5. Stromrichter (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kommutierungszeitpunkt (15) der kommutierenden Phasen (L1, L2, L3) durch eine Steuereinheit (6) ermittelt und die
Steuereinheit (6) bei dem Vorliegen des relevanten Kommutierungszeitpunktes (15) das Halbleiterelement (3a,
3b, 3c, 3a', 3b', 3c') und/oder den rückspeisungsfähigen Leistungshalbleiter (2a, 2b, 2c, 2a', 2b', 2c') und/oder
die Unterbrechereinheit (5) ansteuert und schaltet.
6. Stromrichter (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterelement (3a, 3b, 3c, 3a', 3b', 3c') ein Thyristor und/oder eine Diode und/oder ein Feldeffekttransistor mit einer
Diode und/oder ein Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode und mit einer gegengerichteten Diode ist.
7. Stromrichter (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der rückspeisungsfähige Leistungshalbleiter (2a, 2b, 2c, 2a', 2b', 2c') ein Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode mit
einer gegengerichteten Diode ist.
8. Stromrichter (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter
(1a, 1b) ein Gleichrichter und die Schaltung eine Mittelspunktsschaltung oder Brückenschaltung oder Einwegschaltung ist.
9. Stromrichter (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter
(1a, 1b) ein Wechselrichter und die Schaltung eine Mittelspunktsschaltung oder Brückenschaltung oder Einwegschaltung ist.
10. Umrichter (10) mit einem netzseitigen und mit einem lastseitigen Stromrichter (1a, 1b),
– wobei mindestens einer der Stromrichter (1a, 1b) bezogen auf mindestens eine nicht-kommutierende Phase
(L1, L2, L3) eines netzseitigen mehrphasigen Wechselstromnetzes (14a) und/oder eines lastseitigen mehrphasigen Wechselstromnetzes (14b) einen Parallelkreis (4a, 4b, 4c) aus einem Halbleiterelement (3a, 3b, 3c, 3a',
3b', 3c') und einem rückspeisungsfähigen Leistungshalbleiter (2a, 2b, 2c, 2a', 2b', 2c') aufweist, und
– wobei der Parallelkreis (4a, 4b, 4c) der nicht-kommutierenden Phase (L1, L2, L3) in Abhängigkeit des Kommutierungszustandes von jeweils zwei kommutierenden Phasen (L1, L2, L3) des netzseitigen und/oder des
lastseitigen Wechselstromnetzes (14a, 14b) zu einem bestimmten Zeitpunkt (15) für eine definierte Zeit unterbrechbar ist.
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11. Umrichter (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der netzseitige Stromrichter (1a) ein
Gleichrichter und über ein Gleichstromkreis (8) mit dem lastseitigen Stromrichter (1b) als Wechselrichter in einer Reihenschaltung verbunden ist.
12. Umrichter (10) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gleichstromkreis (8) zwischen dem netzseitigen Stromrichter (1a) und dem lastseitigen Stromrichter (1b) zur Glättung der Zwischenkreisspannung ein Kondensator (7, 7') angeordnet ist.
13. Umrichter (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der netzseitige Stromrichter (1a) und
der lastseitige Stromrichter (1b) antiparallel miteinander verbunden sind.
14. Umrichter (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (10)
mit einer netzseitigen Drossel (13) und einem lastseitigen Ausgangsfilter verbunden ist.
15. Umrichter (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der lastseitige
Stromrichter (1b) mit einem Motor (11) verbunden ist.
16. Umrichter (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Bremsvorgang des Motors (11) die dabei generatorisch erzeugte elektrische Energie über den lastseitigen Stromrichter (1b) an den netzseitige Stromrichter (1a) weiterleitbar ist und die rückspeisungsfähigen Leistungshalbleiter
(2a, 2b, 2c, 2a', 2b', 2c') die generatorisch erzeugte elektrische Energie an das netzseitige Wechselstromnetz
(14a) übertragen.
17. Umrichter (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommutierungszustand in Form des relevanten Kommutierungszeitpunktes (15) zwischen den kommutierenden Phasen
(L1, L2, L3) des netzseitigen Wechselstromnetzes (14a) ermittelbar ist und eine Steuereinheit (5) in dem Parallelkreis (4a, 4b, 4c) der nicht-kommutierenden Phase (L1, L2, L3) des netzseitigen Stromrichters (1a) den
Stromfluss mittels einer Ansteuerung des Halbleiterelements (3a, 3b, 3c, 3a', 3b', 3c') und/oder den rückspeisungsfähigen Leistungshalbleiters (2a, 2b, 2c, 2a', 2b', 2c') und/oder der Unterbrechereinheit (5) im Parallelkreis (4a, 4b, 4c) des netzseitigen Stromrichters (1a) unterbricht.
18. Umrichter (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das netzseitige
Wechselstromnetz (14a) und/oder das lastseitige Wechselstromnetz (14b) ein dreiphasiges Wechselstromnetz ist.
19. Umrichter (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 18 mit einem netzseitigen und/oder lastseitigen
Stromrichter (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
20. Verfahren zur Umformung einer Spannung und/oder eines Stromes zwischen einem mehrphasigen
Wechselstromnetz (14a, 14b) und einem Gleichstromnetz (8) in einem Stromrichter (1a, 1b) mit an jeder Phase
(L1, L2, L3) des Wechselstromnetzes (14a, 14b) mindestens einem rückspeisungsfähigen Leistungshalbleiter
(2a, 2b, 2c, 2a', 2b', 2c') und mit mindestens einem Halbleiterelement (3a, 3b, 3c, 3a', 3b', 3c') mit einer bevorzugten Stromflussrichtung als Teil einer Schaltung, wobei bezogen auf eine nicht-kommutierende Phase
(L1, L2, L3) des Wechselstromnetzes (14a, 14b) parallel zu dem Halbleiterelement (3a, 3b, 3c, 3a', 3b', 3c')
der rückspeisungsfähige Leistungshalbleiter (2a, 2b, 2c, 2a', 2b', 2c') angeordnet ist, und wobei der derart gebildete Parallelkreis (4a, 4b, 4c) in Abhängigkeit des Kommutierungszustandes der jeweils kommutierenden
Phasen (L1, L2, L3) des Wechselstromnetzes (14a, 14b) für eine bestimmte Zeit unterbrochen wird.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen
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Anhängende Zeichnungen
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