DE102015221354A1 - Power recovery unit and electric drive system - Google Patents

Power recovery unit and electric drive system Download PDF

Info

Publication number
DE102015221354A1
DE102015221354A1 DE102015221354.4A DE102015221354A DE102015221354A1 DE 102015221354 A1 DE102015221354 A1 DE 102015221354A1 DE 102015221354 A DE102015221354 A DE 102015221354A DE 102015221354 A1 DE102015221354 A1 DE 102015221354A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
buck converter
coil
diode
semiconductor switch
terminal pole
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.)
Pending
Application number
DE102015221354.4A
Other languages
German (de)
Inventor
Dirk Schekulin
Christof Schneggenburger
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.)
Lenze Swiss AG
Original Assignee
Schmidhauser 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 Schmidhauser AG filed Critical Schmidhauser AG
Priority to DE102015221354.4A priority Critical patent/DE102015221354A1/en
Publication of DE102015221354A1 publication Critical patent/DE102015221354A1/en
Pending 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • 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
    • H02M7/505—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 using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/515—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 using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • 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

Abstract

Eine Netzrückspeiseeinheit (1) ist dazu ausgebildet, elektrische Energie aus einem Zwischenkreis (6) in ein Drehstromnetz (2) einzuspeisen. Die Netzrückspeiseeinheit (1) weist mindestens einen symmetrisch aufgebauten Tiefsetzsteller (3), der eingangsseitig mit dem Zwischenkreis (6) elektrisch gekoppelt ist, und einen Wechselrichter (4) auf, der eingangsseitig mit einem Ausgang des Tiefsetzstellers (3) elektrisch gekoppelt ist und der ausgangsseitig mit dem Drehstromnetz (2) elektrisch gekoppelt ist.A power feedback unit (1) is designed to feed electrical energy from a DC link (6) into a three-phase network (2). The power feedback unit (1) has at least one symmetrically constructed buck converter (3), which is electrically coupled on the input side to the intermediate circuit (6), and an inverter (4), which is electrically coupled on the input side to an output of the buck converter (3) and the Output side is electrically coupled to the three-phase network (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Netzrückspeiseeinheit und ein elektrisches Antriebssystem.The invention relates to a power recovery unit and an electric drive system.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Netzrückspeiseeinheit und ein elektrisches Antriebssystem zur Verfügung zu stellen, mittels derer Energie, beispielsweise Bremsenergie, zuverlässig und mit hohem Wirkungsgrad in ein Netz eingespeist bzw. rückgespeist werden kann.The invention has for its object to provide a power feedback unit and an electric drive system available by means of which energy, such as braking energy, can be reliably fed and fed back into a network with high efficiency.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Netzrückspeiseeinheit nach Anspruch 1 und ein elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 6.The invention solves this object by a power feedback unit according to claim 1 and an electric drive system according to claim 6.

Die Netzrückspeiseeinheit ist dazu ausgebildet, elektrische Energie aus einem Zwischenkreis in ein Drehstromnetz einzuspeisen.The regenerative power unit is designed to feed electrical energy from a DC link into a three-phase network.

Die Netzrückspeiseeinheit weist mindestens einen Tiefsetzsteller auf, der eingangsseitig mit dem Zwischenkreis elektrisch gekoppelt ist und der dazu ausgebildet ist, die am Zwischenkreis anliegende Spannung geeignet in ihrem Spanungspegel zu wandeln und dem Wechselrichter zuzuführen. The power feedback unit has at least one step-down converter, which is electrically coupled on the input side to the intermediate circuit and which is designed to suitably convert the voltage applied to the intermediate circuit in its voltage level and to supply it to the inverter.

Die Netzrückspeiseeinheit weist weiter einen Wechselrichter auf, der eingangsseitig mit einem Ausgang des Tiefsetzstellers elektrisch gekoppelt ist und der ausgangsseitig mit dem Drehstromnetz elektrisch gekoppelt ist. Der Wechselrichter ist typisch ein strom- oder spannungsgespeister Kommutator.The power feedback unit further comprises an inverter, which is the input side electrically coupled to an output of the buck converter and the output side is electrically coupled to the three-phase network. The inverter is typically a current or voltage supplied commutator.

Der Tiefsetzsteller weist einen ersten Halbleiterschalter und eine erste Spule auf, wobei der erste Halbleiterschalter und die erste Spule zwischen einen ersten Eingangsanschlusspol des Tiefsetzstellers und einen ersten Ausgangsanschlusspol des Tiefsetzstellers in Reihe eingeschleift sind.The buck converter has a first semiconductor switch and a first coil, wherein the first semiconductor switch and the first coil are connected in series between a first input terminal pole of the buck converter and a first output terminal pole of the buck converter.

Der Tiefsetzsteller weist weiter einen zweiten Halbleiterschalter und eine zweite Spule auf, wobei der zweite Halbleiterschalter und die zweite Spule zwischen einen zweiten Eingangsanschlusspol des Tiefsetzstellers und einen zweiten Ausgangsanschlusspol des Tiefsetzstellers in Reihe eingeschleift sind.The step-down converter further has a second semiconductor switch and a second coil, wherein the second semiconductor switch and the second coil are connected in series between a second input terminal pole of the step-down converter and a second output terminal pole of the step-down converter.

Der erste Eingangsanschlusspol und der zweite Eingangsanschlusspol bilden den Eingang des Tiefsetzstellers. Die Eingangsanschlusspole werden typisch mit den zugehörigen Zwischenkreispotentialen beaufschlagt, so dass zwischen den Eingangsanschlusspolen die Zwischenkreisspannung ansteht. The first input terminal pole and the second input terminal pole form the input of the buck converter. The input terminal poles are typically supplied with the associated DC link potentials, so that the DC link voltage is present between the input terminal poles.

Der erste Ausgangsanschlusspol und der zweite Ausgangsanschlusspol bilden den Ausgang des Tiefsetzstellers, der mit dem Wechselrichter elektrisch gekoppelt ist.The first output terminal pole and the second output terminal pole form the output of the buck converter, which is electrically coupled to the inverter.

Der Tiefsetzsteller weist weiter einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator auf, typischerweise mit identischer Kapazität, wobei der erste Kondensator und der zweite Kondensator in Reihe zwischen den ersten Eingangsanschlusspol und den zweiten Eingangsanschlusspol eingeschleift sind.The buck converter further comprises a first capacitor and a second capacitor, typically of identical capacitance, wherein the first capacitor and the second capacitor are connected in series between the first input terminal pole and the second input terminal pole.

Der Tiefsetzsteller weist weiter eine erste Diode und eine zweite Diode auf, wobei die erste Diode und die zweite Diode in Reihe zwischen einen Verbindungsknoten des ersten Halbleiterschalters und der ersten Spule und einen Verbindungsknoten des zweiten Halbleiterschalters und der zweiten Spule eingeschleift sind, wobei ein Verbindungsknoten des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators mit einem Verbindungsknoten der ersten Diode und der zweiten Diode elektrisch verbunden ist.The buck converter further comprises a first diode and a second diode, wherein the first diode and the second diode are connected in series between a connection node of the first semiconductor switch and the first coil and a connection node of the second semiconductor switch and the second coil, wherein a connection node of first capacitor and the second capacitor is electrically connected to a connection node of the first diode and the second diode.

Der Tiefsetzsteller weist weiter eine dritte Diode auf, die zwischen den Verbindungsknoten des ersten Halbleiterschalters und der ersten Spule und den Verbindungsknoten des zweiten Halbleiterschalters und der zweiten Spule eingeschleift ist.The buck converter further has a third diode which is connected between the connection node of the first semiconductor switch and the first coil and the connection node of the second semiconductor switch and the second coil.

Der erfindungsgemäße Tiefsetzsteller ist symmetrisch aufgebaut bzw. aufgeteilt. Infolge des aufgeteilten Tiefsetzstellers können beispielsweise durchgängig verlustarme Thyristoren eingesetzt werden. Im Tiefsetzsteller können schnell schaltende 600V Leistungshalbleiter in Standard-Siliziumtechnologie verwendet werden. The step-down converter according to the invention is symmetrically constructed or divided. As a result of the split buck converter, for example, consistently low-loss thyristors can be used. In the buck converter, fast switching 600V power semiconductors in standard silicon technology can be used.

Der Wechselrichter kann eine Anzahl (beispielsweise sechs) von Thyristoren in Brückenanordnung aufweisen. Die Brückenanordnung kann beispielsweise drei Thyristor-Halbbrücken mit jeweils zwei Thyristoren aufweisen.The inverter may include a number (eg, six) of thyristors in bridge configuration. The bridge arrangement can have, for example, three thyristor half bridges each having two thyristors.

Die Netzrückspeiseeinheit kann eine Löschschaltung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, in einem Fehlerfall Thyristoren der Brückenanordnung zu löschen.The power feedback unit may comprise an erase circuit which is designed to extinguish thyristors of the bridge arrangement in the event of an error.

Der Wechselrichter kann eine Anzahl (beispielsweise sechs) von insulated-gate bipolar Transistoren (IGBT) in Brückenanordnung aufweisen. Die Brückenanordnung kann beispielsweise drei Halbbrücken mit jeweils zwei IGBTs aufweisen.The inverter may include a number (eg six) of insulated gate bipolar transistors (IGBTs) in bridge configuration. The bridge arrangement may have, for example, three half-bridges each having two IGBTs.

Die Brückenanordnung bzw. deren Halbbrücken kann/können zwischen den ersten Ausgangsanschlusspol und den zweiten Ausgangsanschlusspol des Tiefsetzstellers eingeschleift sein.The bridge arrangement or its half bridges can be looped in between the first output connection pole and the second output connection pole of the step-down converter.

Die Netzrückspeiseeinheit kann einen Halbleiterschalter aufweisen, der zwischen den ersten Ausgangsanschlusspol des Tiefsetzstellers und den zweiten Ausgangsanschlusspol des Tiefsetzstellers eingeschleift ist und der dazu ausgebildet ist, den Ausgang des Tiefsetzstellers während vorbestimmter Betriebszustände des Tiefsetzstellers kurzzuschließen. Der Halbleiterschalter kann zwei Aufgaben erfüllen. Einerseits können damit Thyristoren der Brückenanordnung des Wechselrichters gelöscht werden, sofern Netzspannung vorhanden ist. Andererseits muss der Strom durch erste Spule und die zweite Spule zur Kommutierung der Brückenanordnung nicht auf null gesteuert werden, was bei geringem Spannungsgefälle im Tiefsetzsteller ein entscheidender Vorteil ist und den Wirkungsgrad signifikant verbessert. Der Halbleiterschalter wird vorzugsweise als IGBT ggf. mit einer Diode in Reihe ausgeführt (rückwärts sperrender IGBT).The power feedback unit may include a semiconductor switch connected between the first Output terminal pole of the buck converter and the second output terminal pole of the buck converter is inserted and which is designed to short-circuit the output of the buck converter during predetermined operating states of the buck converter. The semiconductor switch can fulfill two tasks. On the one hand thyristors of the bridge arrangement of the inverter can be deleted so long as mains voltage is present. On the other hand, the current through the first coil and the second coil for commutating the bridge arrangement need not be controlled to zero, which is a decisive advantage with low voltage gradient in the buck converter and significantly improves the efficiency. The semiconductor switch is preferably designed as an IGBT possibly with a diode in series (reverse blocking IGBT).

Das elektrische Antriebssystem weist auf: mindestens einen elektrischen Antrieb bzw. Elektromotor, mindestens einen, beispielsweise aus einem Drehstromnetz oder aus einem Zwischenkreis gespeisten, Frequenzumrichter zum Ansteuern des elektrischen Antriebs und eine oben beschriebene mit dem Zwischenkreis und einem Drehstromnetz gekoppelte Netzrückspeiseeinheit.The electric drive system comprises: at least one electric drive or electric motor, at least one, for example, fed from a three-phase system or from a DC link, frequency converter for driving the electric drive and an above-described coupled to the DC link and a three-phase power supply unit.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Hierbei zeigen:The invention will be described in detail below with reference to the drawings. Hereby show:

1 ein Schaltbild einer Netzrückspeiseeinheit gemäß einer ersten Ausführungsform, 1 FIG. 2 is a circuit diagram of a regenerative power unit according to a first embodiment; FIG.

2 ein Schaltbild einer Netzrückspeiseeinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform und 2 a circuit diagram of a power feedback unit according to another embodiment and

3 eine Löschschaltung der Netzrückspeiseeinheit, die dazu ausgebildet ist, in einem Fehlerfall Thyristoren zu löschen. 3 an erase circuit of the regenerative power unit, which is designed to extinguish thyristors in the event of a fault.

1 zeigt ein Schaltbild einer Netzrückspeiseeinheit 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Netzrückspeiseeinheit 1 ist dazu ausgebildet, überschüssige elektrische Energie aus einem Zwischenkreis 6 in ein Drehstromnetz 2 einzuspeisen. Ein Überschuss an elektrischer Energie kann beispielsweise im Bremsbetrieb bei Hochregallagerantrieben anfallen. 1 shows a circuit diagram of a power feedback unit 1 according to a first embodiment. The power feedback unit 1 is designed to remove excess electrical energy from a DC link 6 in a three-phase network 2 feed. An excess of electrical energy can be incurred, for example, in braking operation in high-bay warehouse drives.

Die Netzrückspeiseeinheit 1 weist einen Tiefsetzsteller 3 auf, der eingangsseitig mit dem Zwischenkreis 6 elektrisch gekoppelt ist. Weiter ist ein Wechselrichter 4 vorgesehen, der eingangsseitig mit einem Ausgang des Tiefsetzstellers 3 elektrisch gekoppelt ist und der ausgangsseitig mit dem Drehstromnetz 2 elektrisch gekoppelt ist. Der Wechselrichter 4 wandelt den am Ausgang des Tiefsetzstellers 3 ausgegebenen Gleichstrom phasenrichtig in einen geeigneten Wechselstrom zur Netzeinspeisung um. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.The power feedback unit 1 has a buck converter 3 on, the input side with the DC link 6 is electrically coupled. Next is an inverter 4 provided, the input side with an output of the buck converter 3 is electrically coupled and the output side with the three-phase network 2 is electrically coupled. The inverter 4 converts the at the output of the buck converter 3 output DC power in the correct phase in a suitable AC power to the grid feed. In that regard, reference is also made to the relevant specialist literature.

Der Tiefsetzsteller 3 weist einen symmetrischen Aufbau auf. Ein erster Halbleiterschalter M1 und eine erste Spule L1 sind zwischen einen ersten Eingangsanschlusspol E1 des Tiefsetzstellers 3 und einen ersten Ausgangsanschlusspol A1 des Tiefsetzstellers 3 in Reihe geschaltet. Entsprechend sind ein zweiter Halbleiterschalter M2 und eine zweite Spule L2 zwischen einen zweiten Eingangsanschlusspol E2 des Tiefsetzstellers 3 und einen zweiten Ausgangsanschlusspol A2 des Tiefsetzstellers 3 in Reihe geschaltet. Ein erster Kondensator C1 und ein zweiter Kondensator C2 sind in Reihe zwischen den ersten Eingangsanschlusspol E1 und den zweiten Eingangsanschlusspol E2 geschaltet. Eine erste Diode D1 und eine zweite Diode D2 sind jeweils in Sperrrichtung in Reihe zwischen einen Verbindungsknoten N1 des ersten Halbleiterschalters M1 und der ersten Spule L1 und einen Verbindungsknoten N2 des zweiten Halbleiterschalters M2 und der zweiten Spule L2 geschaltet, wobei ein Verbindungsknoten N3 des ersten Kondensators C1 und des zweiten Kondensators C2 mit einem Verbindungsknoten N4 der ersten Diode D1 und der zweiten Diode D2 elektrisch verbunden ist, wobei an dem Verbindungsknoten N4 die Anode der ersten Diode D1 mit der Kathode der zweiten Diode D2 elektrisch verbunden ist. Eine dritte Diode D3 ist in Sperrrichtung zwischen den Verbindungsknoten N1 des ersten Halbleiterschalters M1 und der ersten Spule L1 und den Verbindungsknoten N2 des zweiten Halbleiterschalters M2 und der zweiten Spule L2 eingeschleift.The buck converter 3 has a symmetrical structure. A first semiconductor switch M1 and a first coil L1 are connected between a first input terminal pole E1 of the buck converter 3 and a first output terminal pole A1 of the buck converter 3 connected in series. Accordingly, a second semiconductor switch M2 and a second coil L2 between a second input terminal pole E2 of the buck converter 3 and a second output terminal pole A2 of the buck converter 3 connected in series. A first capacitor C1 and a second capacitor C2 are connected in series between the first input terminal E1 and the second input terminal E2. A first diode D1 and a second diode D2 are respectively connected in the reverse direction in series between a connection node N1 of the first semiconductor switch M1 and the first coil L1 and a connection node N2 of the second semiconductor switch M2 and the second coil L2, wherein a connection node N3 of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 is electrically connected to a connection node N4 of the first diode D1 and the second diode D2, wherein at the connection node N4, the anode of the first diode D1 is electrically connected to the cathode of the second diode D2. A third diode D3 is reverse-connected between the connection node N1 of the first semiconductor switch M1 and the first coil L1 and the connection node N2 of the second semiconductor switch M2 and the second coil L2.

Der Wechselrichter 4 weist eine Brückenanordnung mit drei Thyristor-Halbbrücken auf, wobei eine erste der Thyristor-Halbbrücken Thyristoren U1 und U2, eine zweite der Thyristor-Halbbrücken Thyristoren U3 und U4 und eine dritte der Thyristor-Halbbrücken Thyristoren U5 und U6 aufweist. Die Thyristor-Halbbrücken sind jeweils zwischen die Ausgangsanschlusspole A1 und A2 eingeschleift. Ein Mittenabgriff einer jeweiligen Halbbrücke ist mit einem zugehörigen Phasenanschluss L1, L2 bzw. L3 elektrisch verbunden.The inverter 4 has a bridge arrangement with three thyristor half-bridges, wherein a first of the thyristor half-bridges thyristors U1 and U2, a second of the thyristor half-bridges thyristors U3 and U4 and a third of the thyristor half-bridges thyristors U5 and U6. The thyristor half-bridges are each connected between the output terminal poles A1 and A2. A center tap of a respective half-bridge is electrically connected to an associated phase terminal L1, L2 and L3, respectively.

Die Netzrückspeiseeinheit 1 weist eine Topologie mit mindestens einem symmetrischem Tiefsetzsteller (M1, M2, D1, D2, D3, C1, C2, L1, L2) und nachgeschalteter Thyristorbrücke (U1 bis U6) auf, wobei die Induktivitäten L1 und L2 auch magnetisch gekoppelt sein können. Infolge des aufgeteilten Tiefsetzstellers 3 können durchgängig verlustarme Thyristoren eingesetzt werden. Ein Strompfad zum Zwischenkreis und Netzgleichrichter im Fehlerfall ist Prinzip bedingt nicht möglich. Im Tiefsetzsteller 3 können schnell schaltende 600 V Leistungshalbleiter (M1, M2, D1, D2) in Standard-Siliziumtechnologie verwendet werden. Lediglich die Diode D3 wird vorzugsweise als 1200 V Siliziumcarbid-Diode ausgeführt. D3 trägt normalerweise den Freilaufstrom. D1 und D2 klemmen die Spannung auf etwa die Hälfte der Zwischenkreisspannung. Im Idealfall (symmetrisches Schalten von M1 und M2) fließt kein Dioden-Strom und die anfallende Verlustleistung wäre vernachlässigbarThe power feedback unit 1 has a topology with at least one symmetrical buck converter (M1, M2, D1, D2, D3, C1, C2, L1, L2) and a downstream thyristor bridge (U1 to U6), wherein the inductors L1 and L2 can also be magnetically coupled. As a result of the split buck converter 3 can be used consistently low-loss thyristors. A current path to the DC link and mains rectifier in the event of a fault is not possible due to the principle. In the buck converter 3 Fast switching 600V power semiconductors (M1, M2, D1, D2) can be used in standard silicon technology. Only the diode D3 is preferably designed as a 1200 V silicon carbide diode. D3 normally carries the freewheeling current. D1 and D2 clamp the voltage to about half of the intermediate circuit voltage. In the ideal case (symmetrical switching of M1 and M2) no diode current flows and the resulting power loss would be negligible

2 zeigt eine Erweiterung der in 1 gezeigten Topologie. Im Vergleich zu 1 ist am Ausgang des Tiefsetzstellers 3 ein zusätzlicher Schalter Msc vorgesehen. Weiter sind zusätzliche Dioden D4 bis D6 zum Schutz gegen Überspannungen wie dargestellt vorgesehen. Netzseitig sind Kondensatoren C3 bis C5 sowie Induktivitäten L3 bis L5 zusätzlich vorhanden, wobei die Induktivitäten L3 bis L5 auch magnetisch gekoppelt sein können. Diese Komponenten bilden zusammen mit den Induktivitäten der Tiefsetzsteller eine T-Filter-Struktur, die unter Verwendung einer Zustandsregelung eine störungsarme Stromeinspeisung ermöglicht. 2 shows an extension of in 1 shown topology. Compared to 1 is at the output of the buck converter 3 an additional switch Msc provided. Further, additional diodes D4 to D6 are provided for protection against overvoltages as shown. On the network side, capacitors C3 to C5 and inductors L3 to L5 are additionally present, wherein the inductors L3 to L5 can also be magnetically coupled. These components, together with the inductors of the buck converters, form a T-filter structure that enables low-noise power injection using state control.

Mittels des Schalters Msc können die Thyristoren U1 bis U6 gelöscht werden, sofern die Netzspannung vorhanden ist. Andererseits muss der Strom durch die Drosseln L1 und L2 zur Kommutierung der Thyristorbrücke nicht auf null gesteuert werden, was bei geringem Spannungsgefälle im Tiefsetzsteller 3 ein entscheidender Vorteil ist und den Wirkungsgrad signifikant verbessert. Der Kurzschluss-Schalter Msc ermöglicht eine Dynamiksteigerung, kleinere Drosseln und ein sicheres Löschen der Thyristoren, falls die Netzspannung vorhanden ist. Der Schalter Msc wird vorzugsweise als IGBT ggf. mit einer Diode in Reihe ausgeführt (rückwärts sperrender IGBT).By means of the switch Msc, the thyristors U1 to U6 can be deleted, provided that the mains voltage is present. On the other hand, the current through the inductors L1 and L2 for commutation of the thyristor bridge must not be controlled to zero, which at low voltage gradient in the buck converter 3 a decisive advantage and significantly improves the efficiency. The short-circuit switch Msc allows a dynamic increase, smaller chokes and a safe quenching of the thyristors, if the mains voltage is present. The switch Msc is preferably implemented as an IGBT, if necessary with a diode in series (reverse blocking IGBT).

Bei den gezeigten Ausführungsformen ist jeweils ein einzelner Tiefsetzsteller 3 bzw. 3‘ vorgesehen. Es können jedoch auch mehrere Tiefsetzsteller vorgesehen sein, die an den Anschlusspunkten A3 bis A6 miteinander elektrisch zu koppeln bzw. parallel zu schalten sind.In the embodiments shown, in each case a single step-down converter 3 respectively. 3 ' intended. However, it is also possible to provide a plurality of step-down converters which are to be electrically coupled to one another at the connection points A3 to A6 or to be connected in parallel.

3 zeigt eine Löschschaltung 5 der Netzrückspeiseeinheit 1 bzw. 1‘, die dazu ausgebildet ist, in einem Fehlerfall die Thyristoren U1 bis U6 zu löschen. Solange keine ausreichende Netzspannung vorhanden ist (z.B. Kurzunterbrechung durch Phasenkurzschluss), kann der Schalter Msc die Thyristoren U1 bis U6 nicht mehr löschen. Damit werden zusätzliche Maßnahmen zur Abschaltung des Stroms für die jeweiligen Thyristorgruppen erforderlich. Zur Abschaltung eines Überstroms in der oberen Thyristorgruppe U1, U3, U5 wird der Kondensator C6 über eine Spannungsquelle V1 und einen Widerstand R1 vorgeladen. Durch schalten eines Schaltelements W1 (beispielsweise in Form eines Transistors oder Thyristors) fließt ein hoher Strom über die Dioden D7, D8, D9 durch den abzuschaltenden Thyristor zurück in den Kondensator. Übersteigt der Löschstrom den Laststrom vom Netz, dann löscht der Thyristor. Die Schaltung für die untere Thyristorgruppe funktioniert entsprechend. Für eine sichere Abschaltung der Thyristorbrücke ist theoretisch nur eine Löschschaltung für eine Thyristorgruppe erforderlich, also entweder die obere oder die untere. 3 shows an erase circuit 5 the power feedback unit 1 respectively. 1' , which is designed to delete the thyristors U1 to U6 in case of an error. As long as sufficient mains voltage is not available (eg short interruption due to phase short circuit), the switch Msc can no longer extinguish the thyristors U1 to U6. This requires additional measures to cut off the current for the respective thyristor groups. To switch off an overcurrent in the upper thyristor group U1, U3, U5, the capacitor C6 is pre-charged via a voltage source V1 and a resistor R1. By switching a switching element W1 (for example in the form of a transistor or thyristor), a high current flows through the diodes D7, D8, D9 through the thyristor to be turned off back into the capacitor. If the extinguishing current exceeds the load current from the mains, the thyristor is extinguished. The circuit for the lower thyristor group works accordingly. For a safe shutdown of the thyristor bridge theoretically only one erase circuit for a thyristor required, so either the upper or the lower.

Die erfindungsgemäße Netzrückspeiseeinheit weist einen hohen Wirkungsgrad und ein kleines Bauvolumen auf und ist kostengünstig herstellbar.The power recovery unit according to the invention has a high efficiency and a small volume and can be produced inexpensively.

Claims (6)

Netzrückspeiseeinheit (1, 1‘), die dazu ausgebildet ist, elektrische Energie aus einem Zwischenkreis (6) in ein Drehstromnetz (2) einzuspeisen, wobei die Netzrückspeiseeinheit (1, 1‘) aufweist: – mindestens einen Tiefsetzsteller (3), der eingangsseitig mit dem Zwischenkreis (6) elektrisch gekoppelt ist, und – einen Wechselrichter (4), der eingangsseitig mit einem Ausgang des Tiefsetzstellers (3) elektrisch gekoppelt ist und der ausgangsseitig mit dem Drehstromnetz (2) elektrisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Tiefsetzsteller (3) aufweist, – einen ersten Halbleiterschalter (M1), – eine erste Spule (L1), wobei der erste Halbleiterschalter (M1) und die erste Spule (L1) zwischen einen ersten Eingangsanschlusspol (E1) des Tiefsetzstellers (1, 1‘) und einen ersten Ausgangsanschlusspol (A1) des Tiefsetzstellers (1, 1‘) in Reihe eingeschleift sind, – einen zweiten Halbleiterschalter (M2), – eine zweite Spule (L2), wobei der zweite Halbleiterschalter (M2) und die zweite Spule (L2) zwischen einen zweiten Eingangsanschlusspol (E2) des Tiefsetzstellers (1, 1‘) und einen zweiten Ausgangsanschlusspol (A2) des Tiefsetzstellers (1, 1‘) in Reihe eingeschleift sind, – einen ersten Kondensator (C1) und einen zweiten Kondensator (C2), wobei der erste Kondensator (C1) und der zweite Kondensator (C2) in Reihe zwischen den ersten Eingangsanschlusspol (E1) und den zweiten Eingangsanschlusspol (E2) eingeschleift sind, – eine erste Diode (D1) und eine zweite Diode (D2), wobei die erste Diode (D1) und die zweite Diode (D2) in Reihe zwischen einen Verbindungsknoten (N1) des ersten Halbleiterschalters (M1) und der ersten Spule (L1) und einen Verbindungsknoten (N2) des zweiten Halbleiterschalters (M2) und der zweiten Spule (L2) eingeschleift sind, wobei ein Verbindungsknoten (N3) des ersten Kondensators (C1) und des zweiten Kondensators (C2) mit einem Verbindungsknoten (N4) der ersten Diode (D1) und der zweiten Diode (D2) elektrisch verbunden ist, und – eine dritte Diode (D3), die zwischen den Verbindungsknoten (N1) des ersten Halbleiterschalters (M1) und der ersten Spule (L1) und den Verbindungsknoten (N2) des zweiten Halbleiterschalters (M2) und der zweiten Spule (L2) eingeschleift ist. Regenerative power unit ( 1 . 1' ), which is designed to generate electrical energy from a DC link ( 6 ) in a three-phase network ( 2 ), the power feedback unit ( 1 . 1' ): - at least one buck converter ( 3 ), the input side with the intermediate circuit ( 6 ) is electrically coupled, and - an inverter ( 4 ), the input side with an output of the buck converter ( 3 ) is electrically coupled and the output side with the three-phase network ( 2 ) is electrically coupled, characterized in that - the buck converter ( 3 ), - a first semiconductor switch (M1), - a first coil (L1), wherein the first semiconductor switch (M1) and the first coil (L1) between a first input terminal pole (E1) of the buck converter ( 1 . 1' ) and a first output terminal pole (A1) of the buck converter ( 1 . 1' ), a second coil (L2), wherein the second semiconductor switch (M2) and the second coil (L2) between a second input terminal pole (E2) of the buck converter ( 1 . 1' ) and a second output terminal pole (A2) of the buck converter ( 1 . 1' ) are connected in series, - a first capacitor (C1) and a second capacitor (C2), wherein the first capacitor (C1) and the second capacitor (C2) in series between the first input terminal pole (E1) and the second input terminal pole (E2 ), a first diode (D1) and a second diode (D2), the first diode (D1) and the second diode (D2) connected in series between a connection node (N1) of the first semiconductor switch (M1) and the first Coil (L1) and one Connection node (N2) of the second semiconductor switch (M2) and the second coil (L2) are looped, wherein a connection node (N3) of the first capacitor (C1) and the second capacitor (C2) with a connection node (N4) of the first diode (D1 ) and the second diode (D2), and - a third diode (D3) connected between the connection node (N1) of the first semiconductor switch (M1) and the first coil (L1) and the connection node (N2) of the second semiconductor switch (M2) and the second coil (L2) is looped. Netzrückspeiseeinheit (1‘) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Wechselrichter (4) eine Anzahl von Thyristoren in Brückenanordnung aufweist.Regenerative power unit ( 1' ) according to claim 1, characterized in that - the inverter ( 4 ) has a number of bridge-type thyristors. Netzrückspeiseeinheit (1‘) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Netzrückspeiseeinheit (1‘) eine Löschschaltung (5) aufweist, die dazu ausgebildet ist, in einem Fehlerfall Thyristoren der Brückenanordnung zu löschen.Regenerative power unit ( 1' ) according to claim 2, characterized in that - the power feedback unit ( 1' ) an erasure circuit ( 5 ), which is designed to extinguish thyristors of the bridge arrangement in the event of an error. Netzrückspeiseeinheit (1‘) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Wechselrichter (4) eine Anzahl von insulated-gate bipolar Transistoren (IGBT) in Brückenanordnung aufweist.Regenerative power unit ( 1' ) according to claim 1, characterized in that - the inverter ( 4 ) comprises a number of insulated gate bipolar transistors (IGBTs) in bridge configuration. Netzrückspeiseeinheit (1‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: – einen Halbleiterschalter (Msc), der zwischen den ersten Ausgangsanschlusspol (A1) des Tiefsetzstellers (1‘) und den zweiten Ausgangsanschlusspol (A2) des Tiefsetzstellers (1‘) eingeschleift ist und der dazu ausgebildet ist, den Ausgang des Tiefsetzstellers (1‘) während vorbestimmter Betriebszustände des Tiefsetzstellers (1‘) kurzzuschließen.Regenerative power unit ( 1' ) according to one of the preceding claims, comprising: - a semiconductor switch (Msc) connected between the first output terminal pole (A1) of the buck converter ( 1' ) and the second output terminal pole (A2) of the buck converter ( 1' ) is inserted and which is adapted to the output of the buck converter ( 1' ) during predetermined operating states of the buck converter ( 1' ) short circuit. Elektrisches Antriebssystem, aufweisend: – mindestens einen elektrischen Antrieb, – mindestens einen Frequenzumrichter zum Ansteuern des elektrischen Antriebs, wobei der Frequenzumrichter einen Zwischenkreis aufweist und/oder mit einem Zwischenkreis elektrisch gekoppelt ist, und – eine mit dem Zwischenkreis und einem Drehstromnetz (2) gekoppelte Netzrückspeiseeinheit (1, 1‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Electric drive system comprising: - at least one electric drive, - at least one frequency converter for controlling the electric drive, the frequency converter having an intermediate circuit and / or being electrically coupled to a DC link, and - one with the DC link and a three-phase network ( 2 ) coupled power feedback unit ( 1 . 1' ) according to any one of the preceding claims.
DE102015221354.4A 2015-10-30 2015-10-30 Power recovery unit and electric drive system Pending DE102015221354A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015221354.4A DE102015221354A1 (en) 2015-10-30 2015-10-30 Power recovery unit and electric drive system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015221354.4A DE102015221354A1 (en) 2015-10-30 2015-10-30 Power recovery unit and electric drive system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015221354A1 true DE102015221354A1 (en) 2017-05-04

Family

ID=58545570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015221354.4A Pending DE102015221354A1 (en) 2015-10-30 2015-10-30 Power recovery unit and electric drive system

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102015221354A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019175429A1 (en) * 2018-03-16 2019-09-19 Schmidhauser Ag Filter unit and frequency inverter
CN112753158A (en) * 2018-08-01 2021-05-04 施密徳豪泽股份公司 DC/DC converter and grid feedback unit

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3302203A1 (en) * 1983-01-24 1984-09-13 Marquardt Rainer Dipl Ing Circuit arrangement for common suppression of thyristor converters
DE3503492A1 (en) * 1985-01-31 1986-08-07 Licentia Gmbh Device for turning off thyristors in self-commutated converters
US5499178A (en) * 1991-12-16 1996-03-12 Regents Of The University Of Minnesota System for reducing harmonics by harmonic current injection
DE102005047373A1 (en) * 2005-09-28 2007-04-05 Schekulin, Dirk, Dr. Ing. Low-setting plate circuit consists of input and output connections with main branches between them as well as input-side condenser and output-side diode series connections
US20140241016A1 (en) * 2013-02-22 2014-08-28 Abb Research Ltd Method and apparatus for producing three-phase current

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3302203A1 (en) * 1983-01-24 1984-09-13 Marquardt Rainer Dipl Ing Circuit arrangement for common suppression of thyristor converters
DE3503492A1 (en) * 1985-01-31 1986-08-07 Licentia Gmbh Device for turning off thyristors in self-commutated converters
US5499178A (en) * 1991-12-16 1996-03-12 Regents Of The University Of Minnesota System for reducing harmonics by harmonic current injection
DE102005047373A1 (en) * 2005-09-28 2007-04-05 Schekulin, Dirk, Dr. Ing. Low-setting plate circuit consists of input and output connections with main branches between them as well as input-side condenser and output-side diode series connections
US20140241016A1 (en) * 2013-02-22 2014-08-28 Abb Research Ltd Method and apparatus for producing three-phase current

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
P. C. LOHBuck-boost thyristor-based PWM current-source inverterIEE Proceedings - Electric Power ApplicationsJahr: 2006, Volume: 153, Issue: 5Seiten: 664 - 672, DOI: 10.1049/ip-epa:20050345 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019175429A1 (en) * 2018-03-16 2019-09-19 Schmidhauser Ag Filter unit and frequency inverter
US11374485B2 (en) 2018-03-16 2022-06-28 Schmidhauser Ag Filter unit and frequency inverter
CN112753158A (en) * 2018-08-01 2021-05-04 施密徳豪泽股份公司 DC/DC converter and grid feedback unit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3211784B1 (en) Double submodule for a modular multilevel converter and modular multilevel converter comprising same
EP3280052A1 (en) Method and device for driving a voltage-controlled turn-off power semiconductor switch
DE102015109466A1 (en) Power converter submodule with short-circuit device and converter with this
EP2678931A2 (en) Modular multiple converter comprising reverse conductive power semiconductor switches
DE112010003664T5 (en) Power conversion device
DE102008007658A1 (en) Static converter
DE102012206409A1 (en) Method for operating an electrical circuit
DE10014665B4 (en) Method for protecting a matrix converter from overvoltages and an active overvoltage device
DE102015221354A1 (en) Power recovery unit and electric drive system
DE102013009781A1 (en) Arrangement of semiconductor actuator e.g. N-channel MOSFET connected to power supply gate control stage, has semiconductor actuator whose output side is connected to input side of power supply unit in series
EP3032733B1 (en) Method for operating a 3-level inverter and inverter
DE10033092A1 (en) Rectifier IGBT circuit with several IGBTs in series comprises reverse feed diode for disposing of discharge energy of switching capacitor to storage capacitor on switch-on of IGBT
EP2220738B1 (en) Drive system and associated control method
DE102015105889A1 (en) Switching module and converter with at least one switching module
DE102011081111A1 (en) Inverter assembly
DE112016006420T5 (en) SUBMODULE OF A CASCADED POWER SUPPLY
EP3639360A1 (en) Converter arrangement having phase module arrester and method for short-circuit protection thereof
EP3652849B1 (en) Coupling between circuits in drive networks
DE2831495A1 (en) Overcurrent protection circuit for static inverter - has diode shunting transistor in series with input smoothing capacitor
DE102011075089A1 (en) Inverter for controlling electric current through inductive load such as phase of electric motor, has bulk terminal which is provided with source terminal for switching of integrated diode connected in the current path
EP3639354B1 (en) Power module for a converter and multilevel converter
EP3698460B1 (en) Sub-modules and assemblies comprising sub-modules
DE19942258A1 (en) Circuit and method for diverting system stored energy in frequency converter circuit during commutation employs GTO thyristor circuits connected across d.c. link circuit
EP1012941A1 (en) Short-circuit current limiter for a converter circuit with a capacitive accumulator
DE102021213305A1 (en) THREE-LEVEL CONVERTER WITH ACTIVE CONNECTED NEUTRAL POINT AND ARCP RELIEF NETWORK

Legal Events

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

Owner name: LENZE SWISS AG, CH

Free format text: FORMER OWNER: SCHMIDHAUSER AG, ROMANSHORN, CH