DE102012214666A1 - Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter - Google Patents

Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter Download PDF

Info

Publication number
DE102012214666A1
DE102012214666A1 DE102012214666.0A DE102012214666A DE102012214666A1 DE 102012214666 A1 DE102012214666 A1 DE 102012214666A1 DE 102012214666 A DE102012214666 A DE 102012214666A DE 102012214666 A1 DE102012214666 A1 DE 102012214666A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
phase
power converter
converter
multipoint
voltage
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Withdrawn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
DE102012214666.0A
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 DE102012214666.0A priority Critical patent/DE102012214666A1/de
Priority to PCT/EP2013/065303 priority patent/WO2014026824A2/de
Publication of DE102012214666A1 publication Critical patent/DE102012214666A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • 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)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichter. Erfindungsgemäß weist dieser Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter (2, 21, 22) drei dreiphasigen Stromrichtern (4, 6, 8) gleicher Topologie und einen Gleichspannungszwischenkreis (10), bestehend aus wenigstens drei Kondensatoren (C1, C2, C3), die elektrisch in Reihe geschaltet sind, auf, wobei ein dreiphasiger Stromrichter (4) gleichspannungsseitig elektrisch parallel zu einem oberen Kondensator (C1) und ein weiterer dreiphasiger Stromrichter (6) gleichspannungsseitig elektrisch parallel zu einem unteren Kondensator (C3) geschaltet ist, wobei diese beiden dreiphasigen Stromrichter (4, 6) wechselspannungsseitig jeweils mittels einer Halbbrücke (R, S, T) des dritten dreiphasigen Stromrichters (8) miteinander verknüpft sind und wobei wechselspannungsseitige Anschlüsse dieser Halbbrücken (R, S, T) dieses dritten dreiphasigen Stromrichters (8) jeweils einen Ausgangs-Anschluss (RM, SM, TM) des dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters (2) bilden. 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, sondern 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 Topolgie 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 drei dreiphasige Stromrichter gleicher Topologie miteinander und mit einem Spannungszwischenkreis mit wenigstens drei elektrisch in Reihe geschalteten Kondensatoren verschaltet. Dabei wird jeweils ein dreiphasiger Stromrichter gleichspannungsseitig elektrisch parallel zu einem oberen bzw. zu einem unteren Kondensator der drei Kondensatoren des Spannungszwischenkreises geschaltet. Der dritte dreiphasige Stromrichter verbindet die wechselspannungsseitigen Anschlüsse dieser beiden dreiphasigen Stromrichter miteinander, wobei die wechselspannungsseitigen Anschlüsse dieses dritten dreiphasigen Stromrichters jeweils einen Ausgangs-Anschluss des erfindungsgemäßen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters bilden. Bei der Verschaltung der beiden dreiphasigen Stromrichter wechselspannungsseitig mittels des dritten dreiphasigen Stromrichters werden korrespondierende wechselspannungsseitige Anschlüsse der beiden dreiphasigen Stromrichter mittels einer Halbbrücke des dritten dreiphasigen Stromrichters verknüpft.
  • Der Vorteil dieses erfindungsgemäßen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters besteht darin, dass für die drei dreiphasigen Stromrichter ein und dieselbe Topologie verwendet wird. Die beiden dreiphasigen Stromrichter, die jeweils gleichspannungsseitig einem Kondensator des Spannungszwischenkreises elektrisch parallel geschaltet sind, werden nur mit einem Drittel der Zwischenkreisspannung belastet, wobei der verbindende dreiphasige Stromrichter mit zwei Dritteln der Zwischenkreisspannung belastet wird. Die dreiphasigen Stromrichter, die mit einer geringen Spannung belastet werden, werden mit einer höheren Pulsfrequenz gesteuert als der dreiphasige Stromrichter, der mit einer hohen Spannung belastet wird.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters werden zwei erfindungsgemäße dreiphasige Mehrpunkt-Stromrichter derart miteinander verschaltet, dass die beiden Spannungszwischenkreise mittels eines weiteren Kondensators miteinander verknüpft werden und die Ausgangs-Anschlüsse der beiden dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichter mittels eines weiteren Stromrichters gleicher Topologie miteinander verbunden werden. An den wechselspannungsseitigen Anschlüssen dieses verbindenden dreiphasigen Stromrichters steht jeweils eine Spannung mit acht Spannungsstufen an. Die zugehörigen verketteten Spannungen weisen dann jeweils fünfzehn Spannungsstufen auf.
  • Die einfachste Ausführungsform des erfindungsgemäßen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters weist drei dreiphasige Stromrichter in der Topologie Zweipunkt-Stromrichter auf. Dadurch können für die beiden conditioning-Stromrichter jeweils ein Sixpack-Modul verwendet werden, wogegen für den bulk-Stromrichter drei Halbbrücken-Module verwendet werden. Mit diesen Modulen können die drei dreiphasigen Stromrichter ohne großen Aufwand verschaltet werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters wird für die drei dreiphasigen Stromrichter jeweils ein Dreipunkt-Stromrichter verwendet. Durch die Verwendung von drei dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichtern erhöht sich die Anzahl der elektrisch in Reihe geschalteten Kondensatoren. Für jeden dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichter weist der Spannungszwischenkreis zwei Kondensatoren auf. Dadurch liegen im Spannungszwischenkreis sieben Spannungsstufen vor. Die Spannungen, die an den drei wechselspannungsseitigen Ausgangs-Anschlüssen des dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters anliegen, weisen dann sieben Spannungsstufen auf, wogegen deren verkettete Spannungen dreizehn Spannungsstufen aufweisen.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters ist der mittlere Kondensator, der die beiden Kondensatoren, denen jeweils gleichspannungsseitig ein dreiphasiger Stromrichter elektrisch parallel geschaltet ist, in zwei gleich große Kondensatoren unterteilt. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass der Verbindungspunkt dieser beiden gleich großen Kondenstoren mit Erde verbunden werden kann. Somit erhält man einen Spannungszwischenkreis mit Mittelpunkt, der geerdet ist, wodurch eine symmetrische Spannungsaufteilung im Stromrichter erreicht wird.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere 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, wobei in
  • 2 eine erste Realisierung dieses erfindungsgemäßen Stromrichters dargestellt ist, die
  • 3 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters in der Realisierung gemäß 2, die
  • 4 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters in der Realisierung gemäß 2, wogegen die
  • 5 eine vorteilhafte Ausführungsform der vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters zeigt, in der
  • 6 ist eine zweite Realisierung des erfindungsgemäßen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters dargestellt, wobei die
  • 7 ein Schaltbild eines Dreipunkt-Stromrichters in der Topologie ANPC zeigt, und in den
  • 8–10 sind unterschiedliche Ausführungsformen einer Gleichspannungsquelle für den dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichter gemäß 1 dargestellt.
  • 1 veranschaulicht ein Blockschaltbild eines dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2 gemäß der Erfindung. Dieser dreiphasige Mehrpunkt-Stromrichter 2 weist drei dreiphasige Stromrichter 4, 6 und 8 gleicher Topologie auf. Außerdem weist dieser dreiphasige Mehrpunkt-Stromrichter 2 einen Spannungszwischenkreis 10 auf, der drei Kondensatoren C1, C2 und C3 aufweist, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Elektrisch parallel zum Spannungszwischenkreis 10, der auch als Gleichspannungszwischenkreis bezeichnet wird, ist eine Gleichspannungsquelle 12 geschaltet, die hier als Ersatzschaltbild dargestellt ist. Der dreiphasige Stromrichter 4 ist gleichspannungsseitig elektrisch parallel zum oberen Kondensator C1 des Spannungszwischenkreises 10 geschaltet, wogegen der dreiphasige Stromrichter 6 gleichspannungsseitig elektrisch parallel zum unteren Kondensator C3 des Spannungszwischenkreises 10 geschaltet ist. Da im Spannungszwischenkreis 10 drei Kondensatoren C1, C2 und C3 elektrisch in Reihe geschaltet sind, weist dieser Spannungszwischenkreis 10 vier Spannungsstufen auf. Die anstehende Gleichspannung UDC teilt sich annähernd gleichmäßig auf die drei Kondensatoren C1, C2 und C3 auf, so dass jeweils eine Gleichspannung UC1, UC2 und UC3 an diesen Kondensatoren C1, C2 und C3 ansteht, deren Amplituden jeweils annähernd ein Drittel der am Spannungszwischenkreis 10 anstehenden Gleichspannung UDC entspricht. Der dreiphasige Stromrichter 8 verbindet die wechselspannungsseitigen Ausgänge R1, S1 und T1 des dreiphasigen Stromrichters 4 mit den wechselspannungsseitigen Ausgängen R2, S2 und T2 des dreiphasigen Stromrichters 6. Dabei werden die Ausgänge R1, S1 und T1 des oberen dreiphasigen Stromrichters 4 jeweils mit einem positiven Anschluss 14, 18 und 22 der drei Halbbrücken R, S und T des dreiphasigen Stromrichters 8 und die negativen Anschlüsse 16, 20 und 24 dieser drei Halbbrücken R, S und T des dreiphasigen Stromrichters 8 mit den wechselspannungsseitigen Anschlüssen R2, S2 und T2 des unteren dreiphasigen Stromrichters 6 elektrisch leitend verbunden. Die wechselspannungsseitigen Anschlüsse dieser drei Halbbrücken R, S und T des dreiphasigen Stromrichters 8 bilden die Ausgangs-Anschlüsse RM, SM und TM des dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2.
  • In 2 ist eine Realisierung des erfindungsgemäßen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2 nach 1 näher dargestellt. Als dreiphasige Stromrichter 4, 6 und 8 werden 6-pulsige Stromrichter mit abschaltbaren Halbleiterschaltern, insbesondere Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT), verwendet. Dabei werden für die dreiphasigen Zweipunkt-Stromrichter 4 und 6 jeweils ein IGBT-Sixpack-Modul verwendet, wobei für die Realisierung des dreiphasigen Stromrichters 8 drei IGBT-Halbbrücken-Module verwendet werden.
  • Da die dreiphasigen Stromrichter 4 und 6 nur mit einem Drittel der Zwischenkreisspannung beaufschlagt werden, können abschaltbare Halbleiterschalter mit einer geringeren Sperrspannung verwendet werden im Gegensatz zu den abschaltbaren Halbleiterschaltern des dreiphasigen Stromrichters 8. Wegen dieser Spannungsbelastung werden die dreiphasigen Stromrichter 4 und 6 mit einer höheren Pulsfrequenz betrieben als der dreiphasige Stromrichter 8. Somit kann man die Stromrichter 4 und 6 als ”conditioning”-Stromrichter und den Stromrichter 8 als ”bulk”-Stromrichter eines Hybrid-Stromrichters bezeichnen.
  • In 3 ist eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2 in der Realisierung gemäß 2 näher dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 2 dadurch, dass der mittlere Kondensator C2 der drei elektrisch in Reihe geschalteten Kondensatoren C1, C2 und C3 in zwei gleich große Kondensatoren C2/2 unterteilt ist. Der Verbindungspunkt 26 dieser beiden gleich großen Kondensatoren C2/2 ist mit Erde elektrisch leitend verbunden. Dieser Verbindungspunkt 26 stellt den Mittelpunkt des Spannungszwischenkreises 10 dar. Durch die Erdung dieses Mittelpunktes wird eine symmetrische Spannungsaufteilung im dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichter 2 erreicht.
  • Eine Realisierung einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2 gemäß 2 ist in 4 näher dargestellt. Diese vorteilhafte Weiterbildung besteht aus zwei dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichtern 2 gemäß 2, die in dieser Ausführungsform als 2 1 und 2 2 bezeichnet werden. Diese beiden dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichter 2 1 und 2 2 sind gleichspannungsseitig mittels eines weiteren Kondensators C4 und wechselspannungsseitig mittels eines weiteren dreiphasigen Stromrichters 28 miteinander verknüpft. Der weitere Kondensator C4 verbindet den Spannungszwischenkreis 10 1 des ersten dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2 1 mit dem Spannungszwischenkreis 10 2 des zweiten dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2 2 derart, dass die Kondensatoren C11, C21, C31 und C12, C22, C32 und der weitere Kondensator C4 elektrisch in Reihe geschaltet sind. Mittels des Weiteren dreiphasigen Stromrichters 28 werden die Ausgangs-Anschlüsse RM1, SM1 und TM1 des ersten dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2 1 mit dem Ausgangs-Anschlüssen RM2, SM2 und TM2 des zweiten dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2 2 miteinander verbunden. Dies wird dadurch erreicht, dass die positiven Anschlüsse 30, 34 und 38 der drei Halbbrücken R, S und T des weiteren dreiphasigen Stromrichters 28 jeweils mit einem Ausgangs-Anschluss RM1, SM1 und TM1 des dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2 1 elektrisch leitend verbunden sind, wogegen die negativen Anschlüsse 32, 36 und 40 dieser drei Halbbrücken R, S und T des weiteren dreiphasigen Stromrichters 28 jeweils mit einem Ausgangs-Anschluss RM2, SM2 und TM2 des zweiten dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2 2 elektrisch leitend verbunden sind. An den Ausgangs-Anschlüssen RM, SM und TM dieses dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2 steht jeweils eine Phasenspannung uR, uS und uT mit jeweils acht Spannungsstufen an. Dadurch weisen die zugehörigen verketteten Spannungen uRS, uST und uTR jeweils einen Spannungsverlauf mit fünfzehn Spannungsstufen auf.
  • In 5 ist die Ausführungsform des dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2 gemäß 4 dargestellt, wobei sein Spannungszwischenkreis 10 einen Mittelpunkt aufweist, der geerdet ist. Dadurch wird eine symmetrische Spannungsaufteilung erreicht.
  • In 6 ist eine zweite Realisierung des erfindungsgemäßen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2 gemäß 1 näher dargestellt. Diese Realisierung unterscheidet sich von der Realisierung des dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2 gemäß 2 darin, dass anstelle von 6-pulsigen Zweipunkt-Stromrichtern für die drei dreiphasigen Stromrichter 4, 6 und 8 jeweils ein Dreipunkt-Stromrichter in der Topologie NPC (Neutral Point Clamped) verwendet wird. Durch die Verwendung von dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichtern weist der Spannungszwischenkreis 10 doppelt so viele Kondensatoren C1, ..., C6 auf, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Dadurch weist dieser Spannungszwischenkreis 10 sieben Spannungsstufen auf.
  • Anstelle von dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichtern in der Topologie NPC können auch dreiphasige Dreipunkt-Stromrichter in der Topologie ANPC (Advanced Neutral Point Clamped) verwendet werden. Diese beiden Topologien unterscheiden sich schaltungstechnisch dadurch, dass anstelle von Mittelpunkts-Dioden abschaltbaren Halbleiterschalter, insbesondere Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT), verwendet werden. Ein Blockschaltbild eines dreiphasigen Dreipunkt-Stromrichters in der Topologie ANPC ist in 7 näher dargestellt und aus der US 2006/0056209 A1 bekannt.
  • In den 8 bis 10 sind verschiedene Ausführungsformen der Gleichspannungsquelle dargestellt. Gemäß der Ausführungsform der 8 ist die Quelle als einfache Gleichspannungsquelle 12 (geerdet oder potentialfrei) ausgeführt. In der Ausführungsform gemäß 9 ist die Quelle mit zwei getrennten Gleichspannungsquellen 12 1 und 12 2 als bipolare Gleichspannungsquelle mit Mittelpunktserdung ausgeführt. Bei der Ausführungsform gemäß 10 ist die Gleichspannungsquelle 12 als einfache potentialfreie Gleichspannungsquelle ausgeführt, wobei der Spannungszwischenkreis 10 derart ausgebildet ist, dass ein Mittelpunkt existiert, der mit Erde elektrisch leitend verbunden ist. Dadurch erhält man trotzdem eine symmetrische Spannungsaufteilung im dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichter 2. Somit kann der dreiphasige Mehrpunkt-Stromrichter nach der Erfindung an unterschiedlichen Spannungsquellen betrieben werden. Ein Anwendungsgebiet dieses erfindungsgemäßen dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters 2 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 A1 [0031]
  • 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]

Claims (10)

  1. Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter (2, 2 1, 2 2) mit drei dreiphasigen Stromrichtern (4, 6, 8) gleicher Topologie und mit einem Gleichspannungszwischenkreis (10), bestehend aus wenigstens drei Kondensatoren (C1, C2, C3), die elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei ein dreiphasiger Stromrichter (4) gleichspannungsseitig elektrisch parallel zu einem oberen Kondensator (C1) und ein weiterer dreiphasiger Stromrichter (6) gleichspannungsseitig elektrisch parallel zu einem unteren Kondensator (C3) geschaltet ist, wobei diese beiden dreiphasigen Stromrichter (4, 6) wechselspannungsseitig jeweils mittels einer Halbbrücke (R, S, T) des dritten dreiphasigen Stromrichters (8) miteinander verknüpft sind und wobei wechselspannungsseitige Anschlüsse dieser Halbbrücken (R, S, T) dieses dritten dreiphasigen Stromrichters (8) jeweils einen Ausgangs-Anschluss (RM, SM, TM) des dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichters (2) bilden.
  2. Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter (2) mit zwei dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichtern (2 1, 2 2) nach Anspruch 1, wobei die Gleichspannungszwischenkreise (10 1, 10 2) der beiden dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichter (2 1, 2 2) mittels eines weiteren Kondensators (C4) elektrisch miteinander verbunden sind, und wobei die Ausgangs-Anschlüsse (RM1, SM1, TM1, RM2, SM2, TM2) dieser beiden dreiphasigen Mehrpunkt-Stromrichter (2 1, 2 2) jeweils mittels einer Halbbrücke (R, S, T) eines weiteren Stromrichters (28) miteinander verknüpft sind.
  3. Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter (2, 2 1, 2 2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder dreiphasige Stromrichter (4, 6, 8) ein 6-pulsiger Stromrichter mit abschaltbaren Halbleiterschaltern ist.
  4. Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter (2, 2 1, 2 2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder dreiphasige Stromrichter (4, 6, 8) ein Dreipunkt-Stromrichter ist.
  5. Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter (2, 2 1, 2 2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Kondensator (C2) der Reihenschaltung dreier Kondensatoren (C1, C2, C3) durch zwei Kondensatoren (C2/2, C2/2) ersetzt wird und deren Verbindungspunkt (26) geerdet ist.
  6. Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter (2, 2 1, 2 2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskondensator (C4) der beiden Spannungszwischenkreise (10 1, 10 2) der beiden Mehrpunkt-Stromrichter (2 1, 2 2) durch zwei Kondensatoren (C4/2, C4/2) ersetzt wird und deren Verbindungspunkt (26) geerdet ist.
  7. Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter (2, 2 1, 2 2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dreiphasige Dreipunkt-Stromrichter als NPC-Stromrichter ausgeführt ist.
  8. Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter (2, 2 1, 2 2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dreiphasige Dreipunkt-Stromrichter als ANPC-Stromrichter ausgeführt ist.
  9. Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter (2, 2 1, 2 2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als abschaltbarer Halbleiterschalter Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren niedriger Spannungsbelastung vorgesehen sind.
  10. Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter (2, 2 1, 2 2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als abschaltbarer Halbleiterschalter einer jeden Halbbrücke (R, S, T) des dritten dreiphasigen Stromrichters (8, 8 1, 8 2) jeweils ein Insulated-Gate-Bipolar-Transistor höherer Spannungsbelastung vorgesehen ist.
DE102012214666.0A 2012-08-17 2012-08-17 Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter Withdrawn DE102012214666A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012214666.0A DE102012214666A1 (de) 2012-08-17 2012-08-17 Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter
PCT/EP2013/065303 WO2014026824A2 (de) 2012-08-17 2013-07-19 Dreiphasiger mehrpunkt-stromrichter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012214666.0A DE102012214666A1 (de) 2012-08-17 2012-08-17 Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102012214666A1 true DE102012214666A1 (de) 2014-02-20

Family

ID=49000908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102012214666.0A Withdrawn DE102012214666A1 (de) 2012-08-17 2012-08-17 Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102012214666A1 (de)
WO (1) WO2014026824A2 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013216213A1 (de) 2013-08-15 2015-02-19 Siemens Aktiengesellschaft Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter
DE102013215992A1 (de) 2013-08-13 2015-02-19 Siemens Aktiengesellschaft Dreiphasige Mehrpunkt-Stromrichteranordnung als AC/AC-Umrichter
FR3019699A1 (fr) * 2014-04-03 2015-10-09 Schneider Toshiba Inverter Convertisseur de puissance multi-niveaux

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9450503B2 (en) 2013-08-15 2016-09-20 General Electric Company Power converter with a multi-level bridge topology and control method
WO2020025376A1 (de) * 2018-07-31 2020-02-06 Siemens Aktiengesellschaft Modularer stromrichter

Citations (2)

* 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

Patent Citations (2)

* 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

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"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 *
Lega, A.; Munk-Nielsen, S.; Blaabjerg, F.; Casadei, D.Multilevel converters for UPS applications: comparison and implementation. Power Electronics and Applications, 2007 European Conference on Publication Year: 2007 , Page(s): 1 - 9 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013215992A1 (de) 2013-08-13 2015-02-19 Siemens Aktiengesellschaft Dreiphasige Mehrpunkt-Stromrichteranordnung als AC/AC-Umrichter
DE102013216213A1 (de) 2013-08-15 2015-02-19 Siemens Aktiengesellschaft Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter
FR3019699A1 (fr) * 2014-04-03 2015-10-09 Schneider Toshiba Inverter Convertisseur de puissance multi-niveaux
CN104980054A (zh) * 2014-04-03 2015-10-14 施耐德东芝换流器欧洲公司 多电平功率转换器
EP2937985A3 (de) * 2014-04-03 2016-01-20 Schneider Toshiba Inverter Europe SAS Mehrstufiger Leistungswandler
AU2015201700B2 (en) * 2014-04-03 2016-04-21 Schneider Toshiba Inverter Europe Sas Multi-Level Power Converter
US9553516B2 (en) 2014-04-03 2017-01-24 Schneider Toshiba Inverter Europe Sas Multi-level power converter
CN104980054B (zh) * 2014-04-03 2018-04-13 施耐德东芝换流器欧洲公司 多电平功率转换器

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014026824A2 (de) 2014-02-20
WO2014026824A3 (de) 2014-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10143279B4 (de) Frequenzumrichter
EP2274825B1 (de) Stromversorgungseinrichtung
DE102016218304B3 (de) Vorrichtung zur Spannungswandlung, Traktionsnetz und Verfahren zum Laden einer Batterie
EP2241001B1 (de) Umrichter
DE102011005185B4 (de) Leistungshalbleiterbauelement und dieses verwendendes Leistungsumformungssystem
EP2005568A1 (de) Platzsparender wechselrichter mit reduzierten schaltverlusten und erhöhter lebensdauer
DE102008007658A1 (de) Statischer Umformer
DE102005041087A1 (de) Stromrichterschaltung mit verteilten Energiespeichern
DE102019112823A1 (de) Verfahren zur Bereitstellung eines Präzisionsmultilevelkonverters
EP1760870A2 (de) Weitspannungs-Umrichter
DE102012214666A1 (de) Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter
EP1186091B1 (de) Spannungszwischenkreis-umrichter
EP3002866B1 (de) Spannungszwischenkreis-Stromrichter in Fünfpunkttopologie
WO2016146171A1 (de) Hocheffizienter stromrichter für einphasige systeme
EP2845303B1 (de) Stromrichter und betriebsverfahren zum wandeln von spannungen
EP2928060A1 (de) Modulare Stromrichterschaltung mit Submodulen, die unterschiedliches Schaltvermögen aufweisen
DE102016224310A1 (de) Hocheffizienter Stromrichter für einphasige Systeme
DE102006016501A1 (de) Leistungshalbleitermodul
DE3035305C2 (de) Wechselrichterschaltung für einen Dreiphasen-Synchronmotor
Suroso et al. Simplified five-level voltage source inverter with level-phase-shifted carriers based modulation technique
WO2009098093A2 (de) Wechselrichteranordnung zum einspeisen von photovoltaisch gewonnener energie in ein öffentliches netz
EP4033653A1 (de) Kaskadierter multizellenumrichter mit 3-poligen h-brücken mit geteiltem zwischenkreiskondensator
DE102016224312A1 (de) Hocheffizienter Stromrichter für dreiphasige Systeme
DE102012214663A1 (de) Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter
DE102013216213A1 (de) Dreiphasiger Mehrpunkt-Stromrichter

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
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