DE102012214663A1 - Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter - Google Patents

Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter Download PDF

Info

Publication number
DE102012214663A1
DE102012214663A1 DE102012214663.6A DE102012214663A DE102012214663A1 DE 102012214663 A1 DE102012214663 A1 DE 102012214663A1 DE 102012214663 A DE102012214663 A DE 102012214663A DE 102012214663 A1 DE102012214663 A1 DE 102012214663A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
phase
converter
point
power converter
multipoint
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102012214663.6A
Other languages
English (en)
Inventor
Marvin Nabe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Technische Universitaet Dresden
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Dresden, Siemens AG filed Critical Technische Universitaet Dresden
Priority to DE102012214663.6A priority Critical patent/DE102012214663A1/de
Priority to PCT/EP2013/065309 priority patent/WO2014026825A2/de
Publication of DE102012214663A1 publication Critical patent/DE102012214663A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0095—Hybrid converter topologies, e.g. NPC mixed with flying capacitor, thyristor converter mixed with MMC or charge pump mixed with buck
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichter. Erfindungsgemäß weist dieser dreiphasige Mehrpunkt-Stromrichter zwei dreiphasigen Zweipunkt-Stromrichtern (4, 6) und einem dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichter (8) und einem Gleichspannungszwischenkreis (10), bestehend aus vier Kondensatoren (C1, C2, C3, C4), die elektrisch in Reihe geschaltet sind, auf, wobei jeweils ein dreiphasiger Zweipunkt-Stromrichter (4, 6) gleichspannungsseitig elektrisch parallel zum obersten oder untersten Kondensator (C1, C4) des Gleichspannungszwischenkreises (10) geschaltet sind, wobei jeweils ein wechselspannungsseitiger Anschluss (R1, S1, T1) des oberen dreiphasigen Zweipunkt-Stromrichters (4) mittels einer Halbbrücke (R, S, T) des dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichters (8) mit einem wechselspannungsseitigen Anschluss (R2, S2, T2) des unteren dreiphasigen Zweipunkt-Stromrichters (6) verknüpft ist, wobei jeweils ein wechselspannungsseitiger Anschluss der Halbbrücken (R, S, T) einen Ausgangs-Anschluss (RM, SM, TM) des dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters (2) bildet, und wobei jeweils ein Nullpunkt-Anschluss (26, 28, 30) der Halbbrücken (R, S, T) mit einem Verbindungsanschluss (32) des zweiten und dritten Kondensators (C2, C3) des Gleichspannungszwischenkreises (10) verbunden ist. Somit erhält man einen dreiphasigen Hybrid-Mehrpunkt-Stromrichter, der mit Standart-Modulen ohne großen Aufwand realisiert werden kann.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichter.
  • Zur Generierung einer Wechselgröße, insbesondere einer dreiphasigen Wechselgröße, aus einer Gleichspannung wird ein Stromrichter, der bei dieser Wandlung auch als Wechselrichter bezeichnet wird, benötigt. Ein Wechselrichter, der auch als DC/AC-Stromrichter bezeichnet wird, wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um, indem er zwischen verschiedenen Gleichspannungsstufen umschaltet. Die daraus resultierende Wechselspannung ist nicht sinusförmig, sonder besteht aus einer Reihe von hochfrequenten rechteckigen Impulsen, die so angelegt sind, dass sie einer Sinuswelle möglichst nahe kommen. Diese nicht ideale Sinusform verursacht Oberschwingungen, d.h. Ströme und Spannungen höherer Frequenz, deren Auswirkungen von einer zusätzlichen Belastung der Isolierung und der Lager von Motoren bis hin zu Störungen anderer Geräte reichen. Zwar können Oberschwingungsfilter eingesetzt werden, um problematische Oberschwingungen herauszufiltern und die Ausgangsschwingung zu filtern. Diese Oberschwingungsfilter verursachen zusätzliche Kosten und Verluste.
  • Der einfachste Wechselrichter ist der Zweipunkt-Stromrichter, auch als Zwei-Stufen-Stromrichter bezeichnet, da dieser mit zwei Spannungsstufen arbeitet. Der Dreipunkt-NPC-Stromrichter (Neutral Point Clamped) stellt eine Erweiterung des Zweipunkt-Stromrichters dar. Dieser Dreipunkt-Stromrichter weist als zusätzliche Spannungsstufe die Nullpunkt-Spannung auf. Da der Dreipunkt-Stromrichter geringere Oberschwingungen erzeugt, vereinfacht sich der Filteraufwand. Der Dreipunkt-Stromrichter wird dann verwendet, wenn der Wert der Amplitude der Gleichspannung den Wert der Sperrspannung eines verwendeten abschaltbaren Halbleiterschalters übersteigt.
  • Mittlerweile gibt es Stromrichter, die mit fünf Spannungsstufen arbeiten, allerdings zeichnen sich diese Schaltungen durch eine deutlich höhere Komplexität aus. In der Veröffentlichung mit dem Titel "Recent Advances in Multilevel Converter/Inverter Topologies and Applications" von Fang Z. Peng et al., veröffentlicht im Konferenzband der International Power Electronics Conference, IEEE 2010, Seiten 492–501, werden mehrere Mehrpunkt-Topologien miteinander verglichen. Insbesondere ist ein Fünfpunkt-Stromrichter in der Topologie mit Klemmdioden bzw. mit Klemmkondensatoren dargestellt. Neben diesen Klemmdioden und Klemmkondensatoren sind außerdem Steuer- und Ladeschaltkreise erforderlich. Bei Wechselrichtern für Mittelspannungsantriebe beispielsweise im unteren Leistungsbereich sind einfache Lösungen gefordert.
  • Aus der Veröffentlichung "A New Simplified Multilevel Inverter Topology for DC-AC Conversion" von Gerardo Ceglia et al., abgedruckt in IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 21, No. 5, September 2006, Seiten 1311–1319, ist eine neue Topologie für einen Fünfpunkt-Stromrichter entnehmbar, die gegenüber der herkömmlichen Topologie mit Klemmdioden bzw. Klemmkondensatoren aufwandsärmer ist. Diese neue Topologie verwendet eine H-Brücke, die mit einem bidirektionalen Hilfsschalter verknüpft ist. Mittels dieser Topologie werden für einen Fünfpunkt-Stromrichter nur fünf abschaltbare Halbleiter, acht Dioden und zwei Kondensatoren benötigt. Bei einem DC/AC-Stromrichter mit n Spannungsstufen werden bei dieser Topologie eine H-Brücke, n – 2 bidirektionale Hilfsschalter und n – 1 Kondensatoren, die elektrisch in Reihe geschaltet sind, miteinander verschaltet.
  • Der Veröffentlichung "Comparison of Hybrid Propulsion Drive Schemes" von K.A. Corzine et al., veröffentlicht 2005 in IEEE Electric Ship Technology Symposium, Seiten 355–362, ist eine weitere Mehrpunkt-Topologie für einen DC/AC-Stromrichter entnehmbar. Diese Mehrpunkt-Topologie schaltet mehrere Stromrichter elektrisch in Reihe oder parallel. Diese Schaltungsvariante eines Mehrpunkt-Stromrichters wird als Hybrid-Stromrichter bezeichnet. Ein derartiger Hybrid-Stromrichter teilt die Leistung auf einen Stromrichter mit abschaltbaren Halbleiterschalter hoher Sperrspannung, die mit einer kleineren Schaltfrequenz betrieben werden, und einen Stromrichter mit abschaltbaren Halbleiterschaltern niedrigerer Sperrspannung, die mit einer hohen Schaltfrequenz betrieben werden, auf. Der erstgenannte Stromrichtertyp wird als "bulk"-Wechselrichter und der zweitgenannte Stromrichtertyp als "conditioning"-Wechselrichter bezeichnet. Dieser Veröffentlichung sind verschiedene Topologien von Hybrid-Stromrichtern entnehmbar. Gemäß dieser Veröffentlichung verschaltet ein Hybrid-Mehrpunkt-Stromrichter wenigstens zwei Mehrpunkt-Stromrichter elektrisch in Reihe oder parallel. Daraus resultierend Mehrpunkt-Stromrichter, die eine höhere Anzahl von Spannungsstufen aufweisen. Die Anzahl der Spannungsstufen des Hybrid-Mehrpunkt-Stromrichters ergibt sich als Produkt der Spannungsstufen des bulk- und conditioning-Wechselrichters.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichter anzugeben, der gegenüber einem Hybrid-Mehrpunkt-Stromrichter bekannter Art aufwandsärmer ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß werden zwei dreiphasige Zweipunkt-Stromrichter mit einem dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichter miteinander verknüpft. Diese beiden dreiphasigen Zweipunkt-Stromrichter sind jeweils gleichspannungsseitig einem oberen und einem unteren Kondensator einer Reihenschaltung vierer Kondensatoren elektrisch parallel geschaltet. Diese vier Kondensatoren umfassende Reihenschaltung bildet einen Gleichspannungszwischenkreis des dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters. Mittels des dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichters werden die beiden dreiphasigen Zweipunkt-Stromrichter wechselspannungsseitig miteinander verknüpft. Dabei sind die wechselspannungsseitigen Anschlüsse des oberen dreiphasigen Zweipunkt-Stromrichters jeweils mit einem positiven Anschluss der drei Halbbrücken des dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichters elektrisch leitend verbunden, wobei die wechselspannungsseitigen Anschlüsse des unteren dreiphasigen Zweipunkt-Stromrichters jeweils mit einem negativen Anschluss dieser drei Halbbrücken elektrisch leitend verschaltet sind. Der Nullpunkt-Anschluss dieses dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichters ist mit einem Verbindungspunkt des zweiten und dritten Kondensators der vier in Reihe elektrisch verschalteten Kondensatoren des Gleichspannungszwischenkreises verbunden.
  • Mit diesem erfindungsgemäßen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichter werden drei Phasenspannungen aus einer Gleichspannung generiert, die fünf Spannungsstufen aufweist. Deren verkettete Spannungen weisen jeweils neun Spannungsstufen auf. Gegenüber dem klassischen Mehrpunkt-Stromrichter mit Klemmdioden bzw. Klemmkondensatoren weist der erfindungsgemäße Mehrpunkt-Stromrichter zwei Standard-Stromrichter unterschiedlicher Topologie auf, die erfindungsgemäß mit einem Gleichspannungszwischenkreis untereinander verschaltet sind. Der Bauteile-Aufwand und der Verschaltungs-Aufwand sind gegenüber dem klassischen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichter erheblich verringert.
  • Um den Schaltungsaufwand am kleinsten zu halten, werden für die beiden dreiphasigen Zweipunkt-Stromrichter jeweils ein Sixpack-Modul, insbesondere ein IGBT-Sixpack-Modul, verwendet, wogegen für den dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichter drei Halbbrücken-Module, insbesondere IGBT-Halbbrücken-Module verwendet werden. Mit diesen handelsüblichen Modulen kann der erfindungsgemäße dreiphasige Mehrpunkt-Stromrichter ohne großen Aufwand realisiert werden.
  • Die Aufgabe wird ebenfalls erfindungsgemäß mit dem Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 2 gelöst.
  • Der dreiphasige Mehrpunkt-Stromrichter gemäß Anspruch 2 unterscheidet sich vom dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichter gemäß Anspruch 1 dadurch, dass ein dritter dreiphasiger Zweipunkt-Stromrichter und ein weiterer Kondensator vorgesehen sind. Der weitere Kondensator wird elektrisch in Reihe zu den bereits vorhandenen vier Kondensatoren des Gleichspannungszwischenkreises derart geschaltet, dass dieser zwischen den beiden mittleren Kondensatoren des dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters angeordnet ist. Der dritte dreiphasige Zweipunkt-Stromrichter ist gleichspannungsseitig elektrisch zu diesem weiteren Kondensator geschaltet und wechselspannungsseitig jeweils mit einem Nullpunkt-Anschluss der drei Halbbrücken des dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichters elektrisch leitend verbunden.
  • Mit diesem erfindungsgemäßen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichter werden drei Phasenspannungen jeweils mit sechs Spannungsstufen aus einer am Gleichspannungszwischenkreis anstehenden Gleichspannung generiert. Deren verkettete Spannungen weisen dann elf Spannungsstufen auf. Für die Realisierung dieses dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters wird gegenüber der Realisierung des dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters gemäß Anspruch 1 nur ein weiterer Kondensator und ein weiteres Sixpack-Modul, insbesondere ein IGBT-Sixpack-Modul, benötigt.
  • Durch die Verwendung von handelsüblichen Modulen verringert sich der Aufwand für die Realisierung eines dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters gemäß der Erfindung wesentlich.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der zwei Ausführungsformen eines dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters nach der Erfindung schematisch veranschaulicht sind:
  • 1 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters nach der Erfindung, in der
  • 2 wird eine vorteilhafte Realisierung des erfindungsgemäßen Stromrichters dargestellt, die
  • 3 zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform des dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters gemäß der Erfindung, wobei in der
  • 4 eine vorteilhafte Realisierung des erfindungsgemäßen Mehrpunkt-Stromrichters nach 3 dargestellt ist, und in den
  • 5 und 6 sind zwei unterschiedliche Ausführungsformen einer Gleichspannungsquelle für den dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichter gemäß 1 dargestellt.
  • In 1 ist ein Blockschaltbild eines dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2 nach der Erfindung dargestellt. Dieser dreiphasige Mehrpunkt-Stromrichter 2 weist zwei dreiphasige Zweipunkt-Stromrichter 4 und 6, einen dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichter 8 und einen Spannungszwischenkreis 10 auf, der vier Kondensatoren C1, C2, C3 und C4 aufweist, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Elektrisch parallel zum Gleichspannungszwischenkreis 10 ist eine Gleichspannungsquelle 12 geschaltet, die hier als Ersatzschaltbild dargestellt ist. Der dreiphasige Zweipunkt-Stromrichter 4 ist gleichspannungsseitig elektrisch parallel zum obersten Kondensator C1 geschaltet, wogegen der dreiphasige Zweipunkt-Stromrichter 6 gleichspannungsseitig elektrisch parallel zum untersten Kondensator C4 der vier elektrisch in Reihe geschalteten Kondensatoren C1, ..., C4 des Gleichspannungszwischenkreises 10 geschaltet ist. Da dieser Gleichspannungszwischenkreis 10 vier Kondensatoren C1, C2, C3 und C4 aufweist, die elektrisch in Reihe geschaltet sind, weist dieser Gleichspannungszwischenkreis 10 fünf Spannungsstufen auf. Die anstehende Gleichspannung UDC der Gleichspannungsquelle 12 teilt sich annähernd gleichmäßig auf diese vier Kondensatoren C1, ..., C4 auf, so dass jeweils eine an jeweils einem Kondensator C1, ..., C4 anstehende Spannung UC1, UC2, UC3 und UC4 amplitudenmäßig annähernd einem Viertel der Amplitude der Gleichspannung UDC entspricht.
  • Der dreiphasige Dreipunkt-Stromrichter 8 verbindet die beiden dreiphasigen Zweipunkt-Stromrichter 4 und 6 wechselspannungsseitig miteinander. Dazu ist jeder wechselspannungsseitige Anschluss R1, S1 und T1 des oberen dreiphasigen Zweipunkt-Stromrichters 4 jeweils mit einem positiven Anschluss 14, 18 oder 22 der Halbbrücken R, S und T des dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichters 8 elektrisch leitend verbunden. Die wechselspannungsseitigen Anschlüsse R2, S2 und T2 des unteren dreiphasigen Zweipunkt-Stromrichters 6 sind jeweils mit einem negativen Anschluss 16, 20 und 24 der drei Halbbrücken R, S und T des dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichters 8 elektrisch leitend verbunden. Jeder wechselspannungsseitige Anschluss einer jeden Halbbrücke R, S und T dieses dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichters 8 bilden einen Ausgangs-Anschluss RM, SM und TM des dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2. Jeder Nullpunkt-Anschluss 26, 28 und 30 der drei Halbbrücken R, S und T des dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichters 8 sind miteinander und mit einem Verbindungs-Anschluss 32 der beiden mittleren Kondensatoren C2 und C3 elektrisch leitend verbunden.
  • In der 2 ist eine vorteilhafte Realisierung des erfindungsgemäßen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2 nach 1 näher dargestellt. Als dreiphasige Zweipunkt-Stromrichter 4 und 6 werden jeweils ein Sixpack-Modul, insbesondere ein IGBT-Sixpack-Modul, verwendet. Für die Realisierung des dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichters 8 werden pro Halbbrücke R, S und T jeweils zwei Dreipunkt-Halbbrücken-Module verwendet, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Somit benötigt man sechs Dreipunkt-Halbbrücken-Module, insbesondere sechs IGBT-Dreipunkt-Halbbrücken-Module, um den dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichter 8 mit handelsüblichen Modulen zu realisieren.
  • Ein Dreipunkt-Halbbrücken-Modul weist zwei Gleichspannungsanschlüsse, einen Wechselspannungsanschluss und einen Nullpunkt-Anschluss auf. Wenn zwei Dreipunkt-Halbbrücken-Module zu einem Halbbrücken-Modul des Dreipunkt-Stromrichters 8 verschaltet werden, werden die beiden Nullpunkt-Anschlüsse miteinander zu einem Nullpunkt-Anschluss 26 bzw. 28 bzw. 30 verschaltet, der Gleichspannungsanschluss eines oberen Dreipunkt-Halbbrücken-Moduls ist der positive Gleichspannungs-Anschluss 14 bzw. 18 bzw. 24 der Halbbrücke R, S und T des dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichters 8. Der untere Gleichspannungs-Anschluss des unteren Dreipunkt-Halbbrücken-Moduls bildet den negativen Gleichspannungs-Anschluss 16 bzw. 20 bzw. 26 der Halbbrücke R, S und T des dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichters 8. Der untere Gleichspannungs-Anschluss des oberen Dreipunkt-Halbbrücken-Moduls ist elektrisch leitend mit dem oberen Gleichspannungs-Anschluss des unteren Dreipunkt-Halbbrücken-Moduls verbunden und bildet einen Ausgangs-Anschluss RM, SM und TM des dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichters 8 und damit des dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2.
  • In der 3 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2 näher dargestellt. Diese zweite Ausführungsform ist mit dem Bezugszeichen 34 versehen. Dieser dreiphasige Mehrpunkt-Stromrichter 34 unterscheidet sich vom dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichter 2 gemäß 1 darin, dass der Gleichspannungszwischenkreis 10 einen weiteren Kondensator C5 aufweist, der zwischen den mittleren Kondensatoren C2 und C3 des dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2 angeordnet und mit diesem elektrisch leitend verbunden ist. Außerdem weist der dreiphasige Mehrpunkt-Stromrichter 34 einen dritten dreiphasigen Zweipunkt-Stromrichter 36 auf, der gleichspannungsseitig elektrisch parallel zum weiteren Kondensator C5 geschaltet ist. Seine wechselspannungsseitigen Anschlüsse R3, S3 und T3 sind jeweils mit einem Nullpunkt-Anschluss 26, 28 bzw. 30 der Halbbrücken R, S und T des dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichters 8 elektrisch leitend verbunden.
  • Ein Realisierungsvorschlag dieses dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 34 ist in der 4 näher dargestellt. Diese Realisierung unterscheidet sich von der Realisierung gemäß 2 des dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2 gemäß 1 darin, dass ein drittes Sixpack-Modul, insbesondere ein IGBT-Sixpack-Modul, vorgesehen ist.
  • In den 2 und 4 ist als dreiphasiger Dreipunkt-Stromrichter 8 ein solcher in der Ausführungsform NPC (Neutral Point Clamped) vorgesehen. In der Veröffentlichung "A New Neutral-Point-Clamped PWM Inverter" von Akira Nabae et al., abgedruckt in IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. IA-17, No. 5, September/October 1981, Seiten 518–523, werden ein NPC-Dreipunkt-Stromrichter und dessen pulsweitenmodellierte Ansteuerung vorgestellt. Anstelle dieses NPC-Dreipunkt-Stromrichters kann auch ein aus der US-Offenlegungsschrift 2006/0056209 bekannter ANPC-Dreipunkt-Stromrichter verwendet werden. ANPC steht für Advanced Neutral Point Clamped.
  • Die Kombination von zwei oder mehreren Mehrpunkt-Stromrichtern wird gemäß der Veröffentlichung "Comparison of Hybrid Propulsion Drive Schemes" als Hybrid-Stromrichter bezeichnet. Diese Mehrpunkt-Stromrichter werden in Serie oder parallel geschaltet, wobei die Mehrpunkt-Stromrichter, die mit einer geringeren Spannung belastet, aber mit höherer Pulsfrequenz betrieben werden, als "conditioning"-Stromrichter bezeichnet werden. Demgegenüber werden die Mehrpunkt-Stromrichter eines Hybrid-Stromrichters, die mit einer höheren Spannung belastet, aber mit geringerer Pulsfrequenz betrieben werden, als "bulk"-Stromrichter bezeichnet werden. Bei der hohen Spannung handelt es sich um eine solche, die amplitudenmäßig kleiner ist als die am Gleichspannungs-Zwischenkreis auftretende Gleichspannung UDC.
  • Somit handelt es sich beim erfindungsgemäßen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichter um eine weitere Ausführungsform eines Hybrid-Stromrichters, wobei die dreiphasigen Zweipunkt-Stromrichter 4, 6 und 36 die "conditioning"-Stromrichter darstellen und der dreiphasige Dreipunkt-Stromrichter 8 der "bulk"-Stromrichter ist. Durch die Verwendung wenigstens zweier dreiphasiger Zweipunkt-Stromrichter 4, 6 und 36 und eines dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichters 8 erhält man einen besonders einfachen Aufbau eines so genannten Hybrid-Stromrichters.
  • In den 5 und 6 sind verschiedene Ausführungen der Gleichspannungsquelle 12 dargestellt. Gemäß der Ausführungsform der 5 ist die Quelle als einfache Gleichspannungsquelle (geerdet oder potentialfrei) ausgeführt. In der Ausführungsform gemäß 6 ist die Quelle mit zwei getrennten Gleichspannungsquellen als bipolare Gleichspannungsquelle mit Mittelpunkterdung ausgeführt. Somit kann der dreiphasige Mehrpunkt-Stromrichter 2 nach der Erfindung an unterschiedlichen Spannungsquellen betrieben werden. Ein Anwendungsgebiet dieses erfindungsgemäßen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters ist die Photovoltaik, Windkraft, Antriebe.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2006/0056209 A [0028]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • "Recent Advances in Multilevel Converter/Inverter Topologies and Applications" von Fang Z. Peng et al., veröffentlicht im Konferenzband der International Power Electronics Conference, IEEE 2010, Seiten 492–501 [0004]
    • "A New Simplified Multilevel Inverter Topology for DC-AC Conversion" von Gerardo Ceglia et al., abgedruckt in IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 21, No. 5, September 2006, Seiten 1311–1319 [0005]
    • "Comparison of Hybrid Propulsion Drive Schemes" von K.A. Corzine et al., veröffentlicht 2005 in IEEE Electric Ship Technology Symposium, Seiten 355–362 [0006]
    • "A New Neutral-Point-Clamped PWM Inverter" von Akira Nabae et al., abgedruckt in IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. IA-17, No. 5, September/October 1981, Seiten 518–523 [0028]

Claims (8)

  1. Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter (2) mit zwei dreiphasigen Zweipunkt-Stromrichtern (4, 6) und einem dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichter (8) und mit einem Gleichspannungszwischenkreis (10), bestehend aus vier Kondensatoren (C1, C2, C3, C4), die elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei jeweils ein dreiphasiger Zweipunkt-Stromrichter (4, 6) gleichspannungsseitig elektrisch parallel zum obersten oder untersten Kondensator (C1, C4) des Gleichspannungszwischenkreises (10) geschaltet sind, wobei jeweils ein wechselspannungsseitiger Anschluss (R1, S1, T1) des oberen dreiphasigen Zweipunkt-Stromrichters (4) mittels einer Halbbrücke (R, S, T) des dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichters (8) mit einem wechselspannungsseitigen Anschluss (R2, S2, T2) des unteren dreiphasigen Zweipunkt-Stromrichters (6) verknüpft ist, wobei jeweils ein wechselspannungsseitiger Anschluss der Halbbrücken (R, S, T) einen Ausgangs-Anschluss (RM, SM, TM) des dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters (2) bildet, und wobei jeweils ein Nullpunkt-Anschluss (26, 28, 30) der Halbbrücken (R, S, T) mit einem Verbindungsanschluss (32) des zweiten und dritten Kondensators (C2, C3) des Gleichspannungszwischenkreises (10) verbunden ist.
  2. Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter (34) mit drei dreiphasigen Zweipunkt-Stromrichtern (4, 6, 36) und einem dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichter (8) und mit einem Gleichspannungszwischenkreis (10), bestehend aus fünf Kondensatoren (C1, ..., C5), die elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei jeweils ein dreiphasiger Zweipunkt-Stromrichter (4, 36, 6) gleichspannungsseitig elektrisch parallel zum obersten, mittleren oder untersten Kondensator (C1, C5, C3) des Gleichspannungszwischenkreises (10) geschaltet sind, wobei jeweils ein wechselspannungsseitiger Anschluss (R1, S1, T1) des oberen dreiphasigen Zweipunkt-Stromrichters (4) mittels einer Halbbrücke (R, S, T) des dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichters (8) mit einem wechselspannungsseitigen Anschluss (R2, S2, T2) des unteren dreiphasigen Zweipunkt-Stromrichters (6) verknüpft ist, wobei jeweils ein wechselspannungsseitiger Anschluss der Halbbrücken (R, S, T) einen Ausgangs-Anschluss (RM, SM, TM) des dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters (34) bildet, und wobei der mittlere dreiphasige Dreipunkt-Stromrichter (36) wechselspannungsseitig jeweils mit einem Nullpunkt-Anschluss (26, 28, 30) der Halbbrücken (R, S, T) des dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters (34) verknüpft sind.
  3. Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter (2, 34) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als dreiphasiger Zweipunkt-Stromrichter (2, 4, 36) ein Sixpack-Modul vorgesehen ist.
  4. Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter (2, 34) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als dreiphasiger Dreipunkt-Stromrichter (8) drei Halbbrücken-Module vorgesehen sind.
  5. Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter (2, 34) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der dreiphasige Dreipunkt-Stromrichter (8) in der NPC-Topologie ausgeführt ist.
  6. Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter (2, 34) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der dreiphasige Dreipunkt-Stromrichter (8) in der ANPC-Topologie ausgebildet ist.
  7. Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter (2, 34) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sixpack-Modul ein IGBT-Sixpack-Modul ist.
  8. Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter (2, 34) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Halbbrücke (R, S, T) des dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichters (8) zwei IGBT-Halbbrücken-Module vorgesehen sind.
DE102012214663.6A 2012-08-17 2012-08-17 Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter Withdrawn DE102012214663A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012214663.6A DE102012214663A1 (de) 2012-08-17 2012-08-17 Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter
PCT/EP2013/065309 WO2014026825A2 (de) 2012-08-17 2013-07-19 Dreiphasiger mehrpunkt-stromrichter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012214663.6A DE102012214663A1 (de) 2012-08-17 2012-08-17 Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102012214663A1 true DE102012214663A1 (de) 2014-02-20

Family

ID=48915995

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102012214663.6A Withdrawn DE102012214663A1 (de) 2012-08-17 2012-08-17 Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102012214663A1 (de)
WO (1) WO2014026825A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3002866A1 (de) 2014-09-30 2016-04-06 Siemens Aktiengesellschaft Spannungszwischenkreis-Stromrichter in Fünfpunkttopologie

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10140747A1 (de) * 2000-09-13 2002-03-21 Abb Research Ltd Steuer- und Regelverfahren für einen Dreipunkt-Stromrichter mit aktiven Klemmschaltern sowie Vorrichtung hierzu
US20060056209A1 (en) 2002-10-09 2006-03-16 Ingemar Blidberg Converter and a method for controlling a converter
EP2568591A1 (de) * 2011-09-12 2013-03-13 Green Power Technologies, S.L. Mehrstufengeklammerte Mehrstufenwandler (MLC2)

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10140747A1 (de) * 2000-09-13 2002-03-21 Abb Research Ltd Steuer- und Regelverfahren für einen Dreipunkt-Stromrichter mit aktiven Klemmschaltern sowie Vorrichtung hierzu
US20060056209A1 (en) 2002-10-09 2006-03-16 Ingemar Blidberg Converter and a method for controlling a converter
EP2568591A1 (de) * 2011-09-12 2013-03-13 Green Power Technologies, S.L. Mehrstufengeklammerte Mehrstufenwandler (MLC2)

Non-Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"A New Neutral-Point-Clamped PWM Inverter" von Akira Nabae et al., abgedruckt in IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. IA-17, No. 5, September/October 1981, Seiten 518-523
"A New Simplified Multilevel Inverter Topology for DC-AC Conversion" von Gerardo Ceglia et al., abgedruckt in IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 21, No. 5, September 2006, Seiten 1311-1319
"Comparison of Hybrid Propulsion Drive Schemes" von K.A. Corzine et al., veröffentlicht 2005 in IEEE Electric Ship Technology Symposium, Seiten 355-362
"Recent Advances in Multilevel Converter/Inverter Topologies and Applications" von Fang Z. Peng et al., veröffentlicht im Konferenzband der International Power Electronics Conference, IEEE 2010, Seiten 492-501
Alian Chen ; Lei Hu ; Xiangning He A novel type of combined multilevel converter topologies Industrial Electronics Society, 2004. IECON 2004. 30th Annual Conference of IEEE Volume: 3 Digital Object Identifier: 10.1109/IECON.2004.1432157 Publication Year: 2004 , Page(s): 2290 - 2294 Vol. 3 *
Ceglia, Gerardo ; Guzmán, Víctor M Hernández ; Sánchez, Carlos ; Ibáñez, Fernando ; Walter, Julio ; Giménez, María I. A New Simplified Multilevel Inverter Topology for DC-AC Conversion Power Electronics, IEEE Transactions on Volume: 21 , Issue: 5 Digital Object Identifier: 10.1109/TPEL.2006.880303 Publication Year: 2006 , Page(s): 1311 - 1319 *
Corzine, Keith A. ; Lu, Shuai Comparison of hybrid propulsion drive schemes Electric Ship Technologies Symposium, 2005 IEEE Digital Object Identifier: 10.1109/ESTS.2005.1524700 Publication Year: 2005 , Page(s): 355 - 362 *
Lega, A.; Munk-Nielsen, S.; Blaabjerg, F.; Casadei, D.Multilevel converters for UPS applications: comparison and implementationPower Electronics and Applications, 2007 European Conference on Publication Year: 2007 , Page(s): 1 - 9 *
Peng, Fang-Zheng Zheng ; Qian, Wei ; Cao, Dong Recent advances in multilevel converter/inverter topologies and applications Power Electronics Conference (IPEC), 2010 International Digital Object Identifier: 10.1109/IPEC.2010.5544625 Publication Year: 2010 , Page(s): 492 - 501 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3002866A1 (de) 2014-09-30 2016-04-06 Siemens Aktiengesellschaft Spannungszwischenkreis-Stromrichter in Fünfpunkttopologie
US9780658B2 (en) 2014-09-30 2017-10-03 Siemens Aktiengesellschaft Intermediate voltage circuit current converter in five-point topology

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014026825A2 (de) 2014-02-20
WO2014026825A3 (de) 2014-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10143279B4 (de) Frequenzumrichter
EP2241001B1 (de) Umrichter
DE102016218304B3 (de) Vorrichtung zur Spannungswandlung, Traktionsnetz und Verfahren zum Laden einer Batterie
DE102011005185B4 (de) Leistungshalbleiterbauelement und dieses verwendendes Leistungsumformungssystem
EP2681834A2 (de) Modulares stromrichterschranksystem
DE102008007658A1 (de) Statischer Umformer
WO2007115893A1 (de) Platzsparender wechselrichter mit reduzierten schaltverlusten und erhöhter lebensdauer
EP1186091B1 (de) Spannungszwischenkreis-umrichter
EP3002866B1 (de) Spannungszwischenkreis-Stromrichter in Fünfpunkttopologie
EP2845303B1 (de) Stromrichter und betriebsverfahren zum wandeln von spannungen
WO2014026824A2 (de) Dreiphasiger mehrpunkt-stromrichter
DE102012202764A1 (de) Ladevorrichtung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs
DE102012107122A1 (de) Wechselrichterschaltung
EP2928060A1 (de) Modulare Stromrichterschaltung mit Submodulen, die unterschiedliches Schaltvermögen aufweisen
DE102006016501A1 (de) Leistungshalbleitermodul
DE3035305C2 (de) Wechselrichterschaltung für einen Dreiphasen-Synchronmotor
DE102008050765A1 (de) Wechselrichteranordnung zum Einspeisen von photovoltaisch gewonnener Energie in ein öffentliches Netz
DE102016224310A1 (de) Hocheffizienter Stromrichter für einphasige Systeme
DE102012214663A1 (de) Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter
EP4033653A1 (de) Kaskadierter multizellenumrichter mit 3-poligen h-brücken mit geteiltem zwischenkreiskondensator
DE102016224312A1 (de) Hocheffizienter Stromrichter für dreiphasige Systeme
WO2018082786A1 (de) Anlage zum übertragen elektrischer leistung mit filtereinheit
DE102013216213A1 (de) Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter
DE102013215992A1 (de) Dreiphasige Mehrpunkt-Stromrichteranordnung als AC/AC-Umrichter
WO2014086428A1 (de) Mehrstufiger umrichter mit zusatzmodul

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, DE

Free format text: FORMER OWNERS: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, 80333 MUENCHEN, DE; TECHNISCHE UNIVERSITAET DRESDEN, 01069 DRESDEN, DE

Effective date: 20140430

Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, DE

Free format text: FORMER OWNER: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, TECHNISCHE UNIVERSITAET DRESDEN, , DE

Effective date: 20140430

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee