DE102021209430A1 - frequency converter - Google Patents

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Abstract

Frequenzumrichter (1), aufweisend:- einen bidirektionalen Stromrichter (2) mit einem ersten Ausgangsanschluss (2a) und einem zweiten Ausgangsanschluss (2b), der dazu ausgebildet ist, aus einer dreiphasigen Netzwechselspannung (UN) eine Gleichspannung (UG) zu erzeugen,- einen Zwischenkreiskondensator (3),- einen Wechselrichter (4) mit einem ersten Eingangsanschluss (4a) und einem zweiten Eingangsanschluss (4b), und- ein Filter (5), das zwischen den bidirektionalen Stromrichter (2) und den Wechselrichter (4) geschaltet ist, wobei das Filter (5) eine Filterdrossel (6) aufweist, die zwischen den ersten Ausgangsanschluss (2a) des Gleichrichters (2) und den ersten Eingangsanschluss (4a) des Wechselrichters eingeschleift ist.Frequency converter (1), having:- a bidirectional converter (2) with a first output connection (2a) and a second output connection (2b), which is designed to generate a direct voltage (UG) from a three-phase mains alternating voltage (UN),- an intermediate circuit capacitor (3), - an inverter (4) with a first input connection (4a) and a second input connection (4b), and - a filter (5) which is connected between the bidirectional converter (2) and the inverter (4). is, wherein the filter (5) has a filter choke (6) which is looped in between the first output connection (2a) of the rectifier (2) and the first input connection (4a) of the inverter.

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Frequenzumrichter zur Verfügung zu stellen, der möglichst geringe Störemissionen in ein den Frequenzumrichter versorgendes Wechselspannungsnetz aufweist.The invention is based on the object of providing a frequency converter which has the lowest possible interference emissions in an AC voltage network supplying the frequency converter.

Der Frequenzumrichter weist einen herkömmlichen bidirektionalen Stromrichter auf, beispielsweise in Form eines bidirektionalen, dreiphasigen, selbstgeführten bzw. netzgeführten (aktiven) Gleichrichters. Der bidirektionale Stromrichter weist einen ersten Ausgangsanschluss und einem zweiten Ausgangsanschluss auf. Der bidirektionale Stromrichter ist dazu ausgebildet, aus einer dreiphasigen Netzwechselspannung eine Gleichspannung zu erzeugen.The frequency converter has a conventional bidirectional power converter, for example in the form of a bidirectional, three-phase, self-commutated or line-commutated (active) rectifier. The bidirectional power converter has a first output terminal and a second output terminal. The bidirectional power converter is designed to generate a DC voltage from a three-phase AC line voltage.

Der Frequenzumrichter weist weiter einen oder mehrere herkömmliche Zwischenkreiskondensatoren auf.The frequency converter also has one or more conventional intermediate circuit capacitors.

Der Frequenzumrichter weist weiter einen herkömmlichen, insbesondere dreiphasigen, Wechselrichter mit einem ersten Eingangsanschluss und einem zweiten Eingangsanschluss auf.The frequency converter also has a conventional, in particular three-phase, inverter with a first input connection and a second input connection.

Der Frequenzumrichter weist weiter ein Filter auf, das zwischen den bidirektionalen Stromrichter und den Wechselrichter geschaltet ist und das insbesondere dazu dient, Störemission in die den Frequenzumrichter speisende Netzwechselspannung zu reduzieren.The frequency converter also has a filter which is connected between the bidirectional converter and the inverter and which is used in particular to reduce interference emissions in the mains AC voltage feeding the frequency converter.

Das Filter weist eine Filterdrossel bzw. eine Filterinduktivität auf, die zwischen den ersten Ausgangsanschluss des Gleichrichters und den ersten Eingangsanschluss des Wechselrichters eingeschleift ist.The filter has a filter choke or a filter inductance, which is looped in between the first output connection of the rectifier and the first input connection of the inverter.

In einer Ausführungsform ist der Zwischenkreiskondensator zwischen den ersten Eingangsanschluss und den zweiten Eingangsanschluss des Wechselrichters eingeschleift.In one embodiment, the intermediate circuit capacitor is looped in between the first input connection and the second input connection of the inverter.

In einer Ausführungsform weist das Filter einen (Snubber-) Kondensator auf, der zwischen den ersten Ausgangsanschluss und den zweiten Ausgangsanschluss des bidirektionalen Stromrichters eingeschleift ist. Dem Snubber-Kondensator kann ein Varistor parallel geschaltet sein oder der Snubber-Kondensator kann durch einen Varistor ersetzt sein.In one embodiment, the filter has a (snubber) capacitor that is looped in between the first output connection and the second output connection of the bidirectional power converter. A varistor can be connected in parallel with the snubber capacitor, or the snubber capacitor can be replaced by a varistor.

In einer Ausführungsform weist der bidirektionale Stromrichter eine Speisebetriebsart auf, während der elektrische Energie von der dreiphasigen Netzwechselspannung in Richtung des Zwischenkreiskondensators übertragen wird, und eine Rückspeisebetriebsart auf, während der elektrische Energie vom Zwischenkreiskondensator in Richtung der dreiphasigen Netzwechselspannung übertragen wird.In one embodiment, the bidirectional power converter has a feed mode, during which electrical energy is transferred from the three-phase AC line voltage in the direction of the intermediate circuit capacitor, and a regenerative operating mode, during which electrical energy is transferred from the intermediate circuit capacitor in the direction of the three-phase AC line voltage.

In einer Ausführungsform ist der (Snubber-) Kondensator derart dimensioniert, dass er in der Rückspeisebetriebsart und für den Fall einer Unterbrechung der Netzwechselspannung sämtliche in der Filterdrossel gespeicherte elektrische Energie aufnehmen kann.In one embodiment, the (snubber) capacitor is dimensioned in such a way that it can absorb all of the electrical energy stored in the filter inductor in the feedback operating mode and in the event of an interruption in the mains AC voltage.

In einer Ausführungsform weist der Wechselrichter eine vorgegebene Schaltfrequenz auf, wobei eine Induktivität der Filterdrossel derart dimensioniert ist, dass eine Resonanzfrequenz eines Schwingkreises, der den Zwischenkreiskondensator und die Filterdrossel enthält, kleiner ist als die Schaltfrequenz. Die Schaltfrequenz kann beispielsweise die Frequenz einer Pulsweitenmodulation sein, mittels der der Frequenzumrichter seine Ausgangsspannungen stellt. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.In one embodiment, the inverter has a specified switching frequency, with an inductance of the filter choke being dimensioned such that a resonant frequency of an oscillating circuit containing the intermediate circuit capacitor and the filter choke is lower than the switching frequency. The switching frequency can, for example, be the frequency of a pulse width modulation, by means of which the frequency converter sets its output voltages. In this respect, reference is also made to the relevant technical literature.

In einer Ausführungsform liegt die Schaltfrequenz in einem Frequenzbereich zwischen 4 kHz und 16 kHz. Insbesondere beträgt die Schaltfrequenz 8 kHz oder 12,16 kHz.In one embodiment, the switching frequency is in a frequency range between 4 kHz and 16 kHz. In particular, the switching frequency is 8 kHz or 12.16 kHz.

In einer Ausführungsform steht an dem ersten Ausgangsanschluss des bidirektionalen Stromrichters ein Potential an, das bezogen auf ein Potential, das an dem zweiten Ausgangsanschluss des bidirektionalen Stromrichters ansteht, positiv bzw. höher ist.In one embodiment, a potential is present at the first output connection of the bidirectional power converter which is positive or higher in relation to a potential which is present at the second output connection of the bidirectional power converter.

In einer Ausführungsform ist der Stromrichter ein selbstgeführter bzw. netzgeführter Gleichrichter.In one embodiment, the power converter is a self-commutated or line-commutated rectifier.

In einer Ausführungsform sind der bidirektionale Stromrichter und der Zwischenkreiskondensator Bestandteile eines Fundamental Frequency Front Ends (F3E). Der Stromrichter ist hierbei typisch ein aktiver, netzgeführter Gleichrichter und der Zwischenkreiskondensator weist eine vergleichsweise geringe Kapazität auf. Hinsichtlich des F3E Standards sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.In one embodiment, the bidirectional power converter and the intermediate circuit capacitor are components of a fundamental frequency front end (F3E). In this case, the converter is typically an active, line-commutated rectifier and the intermediate circuit capacitor has a comparatively low capacitance. With regard to the F3E standard, reference is also made to the relevant specialist literature.

In einer Ausführungsform ist der Filterdrossel ein Varistor parallel geschaltet. Der Varistor unterdrückt Überspannungen in bestimmten Betriebsfällen, beispielsweise beim Netzausfall, bei der Rückspeisebetriebsart, einem Surge-Test, etc. Da die maximale Spannung über der Filterdrossel viel geringer ist als die Zwischenkreisspannung, ist ein kleiner Varistor (SMD) mit beispielsweise 100... 200 V ausreichend. Für diesen Fall kann beispielsweise auf den Snubber-Kondensator verzichten werden.In one embodiment, a varistor is connected in parallel with the filter inductor. The varistor suppresses overvoltages in certain operating cases, for example in the event of a power failure, in regenerative mode, a surge test, etc. Since the maximum voltage across the filter choke is much lower than the intermediate circuit voltage, a small varistor (SMD) with, for example, 100... 200V sufficient. In this case, for example, the snubber capacitor can be omitted.

Die Erfindung wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigt:

  • 1 schematisch ein Schaltbild eines Frequenzumrichters mit einem Fundamental Frequency Front End und einem erfindungsgemäßen Filter.
The invention is described in detail below with reference to the drawing. This shows:
  • 1 schematically shows a circuit diagram of a frequency converter with a fundamental frequency front end and a filter according to the invention.

1 zeigt einen Frequenzumrichter 1, aufweisend einen bidirektionalen Stromrichter 2 in Form eines selbst- bzw. netzgeführten aktiven Gleichrichters in B6-Topologie mit einem ersten Ausgangsanschluss 2a und einem zweiten Ausgangsanschluss 2b, der dazu ausgebildet ist, aus einer dreiphasigen Netzwechselspannung UN eine Gleichspannung UG zu erzeugen, einen Zwischenkreiskondensator 3, einen herkömmlichen dreiphasigen Wechselrichter 4 in B6-Topologie mit einem ersten Eingangsanschluss 4a und einem zweiten Eingangsanschluss 4b, und ein Filter 5, das zwischen den bidirektionalen Stromrichter 2 und den Wechselrichter 4 geschaltet ist. 1 shows a frequency converter 1, having a bidirectional power converter 2 in the form of a self-commutated or line-commutated active rectifier in B6 topology with a first output connection 2a and a second output connection 2b, which is designed to generate a DC voltage UG from a three-phase AC line voltage UN , an intermediate circuit capacitor 3, a conventional three-phase inverter 4 in B6 topology with a first input terminal 4a and a second input terminal 4b, and a filter 5 connected between the bidirectional converter 2 and the inverter 4.

Zwischen die dreiphasige Netzwechselspannung UN und den bidirektionalen Stromrichter 2 können herkömmliche Filter in Form der EMC-Drosseln 13 und der X-Kondensatoren 14 geschaltet sein. Insoweit sei auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.Conventional filters in the form of EMC chokes 13 and X-capacitors 14 can be connected between the three-phase mains AC voltage UN and the bidirectional converter 2 . In this respect, reference is made to the relevant specialist literature.

Der bidirektionale Stromrichter 2 in Form des selbst- bzw. netzgeführten aktiven Gleichrichters in B6-Topologie weist herkömmliche Halbleiterschaltmittel 8 mit jeweils parallel geschalteten Netzdioden 9 in der dargestellten Verschaltung auf, wobei die Halbleiterschaltmittel 8 herkömmlich netzgeführt in Abhängigkeit von einem zeitlichen Verlauf von Phasenspannungen der dreiphasigen Netzwechselspannung UN angesteuert werden. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.The bidirectional power converter 2 in the form of the self-commutated or line-commutated active rectifier in B6 topology has conventional semiconductor switching means 8, each with line diodes 9 connected in parallel in the circuit shown, with the semiconductor switching means 8 being conventionally line-commutated depending on a time profile of phase voltages of the three-phase Mains AC voltage UN are controlled. In this respect, reference is also made to the relevant technical literature.

Der Wechselrichter 4 in B6-Topologie weist herkömmliche Halbleiterschaltmittel 10 mit jeweils parallel geschalteten Freilaufdioden 11 in der dargestellten Verschaltung auf, wobei die Halbleiterschaltmittel 10 herkömmlich mit einer (PWM-) Schaltfrequenz angesteuert werden. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.The inverter 4 in B6 topology has conventional semiconductor switching means 10 each with parallel-connected freewheeling diodes 11 in the circuit shown, with the semiconductor switching means 10 being driven conventionally with a (PWM) switching frequency. In this respect, reference is also made to the relevant technical literature.

Der Wechselrichter 4 kann herkömmlich zur Ansteuerung eines Drehstrommotors 12 dienen.The inverter 4 can be used conventionally to control a three-phase motor 12 .

Das Filter 5 weist eine Filterdrossel 6 auf, die zwischen den ersten Ausgangsanschluss 2a des Gleichrichters 2 und den ersten Eingangsanschluss 4a des Wechselrichters 4 eingeschleift ist. Der Filterdrossel 6 ist ein Varistor 15 parallel geschaltet.The filter 5 has a filter choke 6 which is looped in between the first output connection 2a of the rectifier 2 and the first input connection 4a of the inverter 4 . A varistor 15 is connected in parallel with the filter choke 6 .

Der Zwischenkreiskondensator 3 ist zwischen den ersten Eingangsanschluss 4a und den zweiten Eingangsanschluss 4b des Wechselrichters 4 eingeschleift.The intermediate circuit capacitor 3 is looped in between the first input connection 4a and the second input connection 4b of the inverter 4 .

Das Filter 5 weist weiter einen Snubber-Kondensator 7 auf, der zwischen den ersten Ausgangsanschluss 2a und den zweiten Ausgangsanschluss 2b des bidirektionalen Stromrichters 2 eingeschleift ist.The filter 5 also has a snubber capacitor 7 which is looped in between the first output connection 2a and the second output connection 2b of the bidirectional power converter 2 .

Der bidirektionale Stromrichter 2 weist eine Speisebetriebsart auf, während der elektrische Energie in Richtung des Zwischenkreiskondensators 3 übertragen wird. Der bidirektionale Stromrichter 2 weist weiter eine Rückspeisebetriebsart auf, während der elektrische Energie in Richtung der dreiphasigen Netzwechselspannung UN übertragen wird. Der Snubber-Kondensator 7 ist hierbei derart dimensioniert, dass er in der Rückspeisebetriebsart und für den Fall einer Unterbrechung der Netzwechselspannung UN sämtliche in der Filterdrossel 6 gespeicherte elektrische Energie aufnehmen kann.The bidirectional power converter 2 has a feed mode of operation, during which electrical energy is transmitted in the direction of the intermediate circuit capacitor 3 . The bidirectional power converter 2 also has a regenerative mode of operation, during which electrical energy is transmitted in the direction of the three-phase mains AC voltage UN. The snubber capacitor 7 is dimensioned in such a way that it can absorb all of the electrical energy stored in the filter inductor 6 in the feedback operating mode and in the event of an interruption in the mains AC voltage UN.

Der Wechselrichter 4 weist eine vorgegebene PWM-Schaltfrequenz auf, wobei eine Induktivität der Filterdrossel 6 derart dimensioniert ist, dass eine Resonanzfrequenz eines Schwingkreises, der den Zwischenkreiskondensator 3 und die Filterdrossel 6 beinhaltet, immer kleiner ist als die Schaltfrequenz. Die Schaltfrequenz kann beispielswiese 8 kHz oder 12,16 kHz betragen.The inverter 4 has a specified PWM switching frequency, with an inductance of the filter inductor 6 being dimensioned such that a resonant frequency of an oscillating circuit containing the intermediate circuit capacitor 3 and the filter inductor 6 is always lower than the switching frequency. The switching frequency can be 8 kHz or 12.16 kHz, for example.

Der bidirektionale Stromrichter 2 und der Zwischenkreiskondensator 3 sind Bestandteile eines Fundamental Frequency Front Ends (F3E).The bidirectional power converter 2 and the intermediate circuit capacitor 3 are components of a fundamental frequency front end (F3E).

Mittels der Erfindung kann eine Rückwirkung von Spannungs-Rippeln aus dem Zwischenkreis in das dreiphasige Netzwechselspannungs-Versorgungsnetz UN bei Verwendung der F3E Technologie reduziert werden.The invention can be used to reduce the reaction of voltage ripples from the intermediate circuit into the three-phase mains AC voltage supply network UN when using F3E technology.

Aufgrund des kapazitätsarmen Zwischenkreiskondensators 3 in Verbindung mit der Netzimpedanz ergibt sich herkömmlich eine Resonanzfrequenz, die im Bereich von einigen kHz liegt. Bei beispielsweise 40 µH Netzimpedanz und 10 µF Kapazität des Zwischenkreiskondensators 3 liegt die Resonanzfrequenz bei 8kHz, womit bei einer PWM-Schaltfrequenz von 4 kHz und 8 kHz Schwingungen mit hoher Amplitude entstehen, die das Netzwechselspannungs-Versorgungsnetz UN belasten und stören.Because of the low-capacitance intermediate circuit capacitor 3 in conjunction with the mains impedance, a resonant frequency typically results that is in the range of a few kHz. For example, with a mains impedance of 40 μH and a capacitance of 10 μF in the intermediate circuit capacitor 3, the resonant frequency is 8 kHz, which means that at a PWM switching frequency of 4 kHz and 8 kHz, high-amplitude oscillations occur that load and disrupt the mains AC voltage supply network UN.

Um die Rückwirkung der durch den Wechselrichter 4 erzeugten Spannungs-Rippel zurück in das Netzwechselspannungs-Versorgungsnetz UN zu reduzieren, wird erfindungsgemäß im Zwischenkreis die Filterdrossel 6 eingesetzt. Die zugrunde liegende Funktionsweise wird nachfolgend beschrieben.In order to reduce the reaction of the voltage ripple generated by the inverter 4 back into the mains AC voltage supply network UN, the filter inductor 6 is used according to the invention in the intermediate circuit. The underlying functionality is described below.

Im Zwischenkreis ist aufgrund der sehr geringen Kapazität des Zwischenkreiskondensators 3 ein hoher Spannungs-Rippel von beispielsweise ca. 50 Vpp zu messen. Die Rippel-Frequenz entspricht der Schaltfrequenz und der 2-fachen Schaltfrequenz des Wechselrichters 4. Damit die Rippel-Spannung sich nicht direkt in das Netzwechselspannungs-Versorgungsnetz UN ausbreiten kann, wird im Zwischenkreis die Filterdrossel 6 eingefügt.Due to the very low capacitance of the intermediate circuit capacitor 3, a high voltage ripple of, for example, approximately 50 Vpp can be measured in the intermediate circuit. The ripple frequency corresponds to the switching frequency and twice the switching frequency of the inverter 4. The filter choke 6 is inserted in the intermediate circuit so that the ripple voltage cannot propagate directly into the mains AC voltage supply network UN.

Die Auslegung ist wie folgt. Ziel ist es, dass die Schaltfrequenz des Wechselrichters 4 immer oberhalb der Resonanzfrequenz des gesamten Systems liegt. Aus diesem Grund wird die tiefste Schaltfrequenz beispielsweise auf 8kHz oder 12,16kHz festgelegt. Bei einem 2.2 kW Wechselrichter mit einer Kapazität des Zwischenkreiskondensators 3 von 10 µF wird die Induktivität der Filterdrossel 6 auf 170 µH berechnet. In diesem Fall liegt die Resonanzfrequenz kalkuliert mit einer Netzinduktivität von 0 µH bei typisch 3.72 kHz. Das ist deutlich tiefer als die tiefste Schaltfrequenz von 8 kHz. Wenn nun die Netzinduktivität zunimmt, verschiebt sich die Resonanzfrequenz nach unten, noch weiter entfernt von der Schaltfrequenz. Somit werden Rückwirkungen aufgrund der Schaltfrequenz in das Netzwechselspannungs-Versorgungsnetz UN deutlich reduziert.The layout is as follows. The goal is that the switching frequency of the inverter 4 is always above the resonant frequency of the entire system. For this reason, the lowest switching frequency is set to 8kHz or 12.16kHz, for example. In the case of a 2.2 kW inverter with a capacitance of the intermediate circuit capacitor 3 of 10 μF, the inductance of the filter choke 6 is calculated at 170 μH. In this case, the resonant frequency calculated with a mains inductance of 0 µH is typically 3.72 kHz. This is significantly lower than the lowest switching frequency of 8 kHz. Now, if the line inductance increases, the resonant frequency shifts down, further away from the switching frequency. In this way, repercussions due to the switching frequency in the mains AC voltage supply network UN are significantly reduced.

Der Snubber-Kondensator 7 ist derart ausgelegt, dass, wenn bei maximaler Rückspeisung eine Unterbrechung im Netzwechselspannungs-Versorgungsnetz UN stattfindet, der Snubber-Kondensator 7 die gespeicherte Energie der Filterdrossel 6 aufnehmen kann. Bei einem 2,2 kW Frequenzumrichter kann der Snubber-Kondensator 7 beispielsweise auf 220 nF / 1000 V dimensioniert sein. Die Unterbrechung kann beispielswiese durch eine auslösende Sicherung und ein daraufhin abschaltendes F3E verursacht werden.The snubber capacitor 7 is designed in such a way that if there is an interruption in the mains AC voltage supply network UN at maximum feedback, the snubber capacitor 7 can absorb the stored energy of the filter inductor 6 . With a 2.2 kW frequency converter, the snubber capacitor 7 can be dimensioned to 220 nF/1000 V, for example. The interruption can be caused, for example, by a tripping fuse and the F3E then switching off.

Erfindungsgemäß wird die Resonanzfrequenz des Gesamtsystems aufgrund der Verwendung der Filterdrossel 6 vom Frequenzumrichter 1 und nicht mehr von der Netzinduktivität definiert.According to the invention, the resonant frequency of the overall system is defined by the frequency converter 1 and no longer by the mains inductance due to the use of the filter inductor 6 .

Claims (10)

Frequenzumrichter (1), aufweisend: - einen bidirektionalen selbstgeführten Stromrichter (2) mit einem ersten Ausgangsanschluss (2a) und einem zweiten Ausgangsanschluss (2b), der dazu ausgebildet ist, aus einer dreiphasigen Netzwechselspannung (UN) eine Gleichspannung (UG) zu erzeugen, - einen Zwischenkreiskondensator (3), - einen Wechselrichter (4) mit einem ersten Eingangsanschluss (4a) und einem zweiten Eingangsanschluss (4b), und - ein Filter (5), das zwischen den bidirektionalen Stromrichter (2) und den Wechselrichter (4) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - das Filter (5) eine Filterdrossel (6) aufweist, die zwischen den ersten Ausgangsanschluss (2a) des Gleichrichters (2) und den ersten Eingangsanschluss (4a) des Wechselrichters (4) eingeschleift ist.Frequency converter (1), having: - a bidirectional self-commutated converter (2) with a first output connection (2a) and a second output connection (2b), which is designed to generate a direct voltage (UG) from a three-phase mains alternating voltage (UN), - an intermediate circuit capacitor (3), - an inverter (4) with a first input connection (4a) and a second input connection (4b), and - a filter (5) between the bidirectional converter (2) and the inverter (4) is connected, characterized in that - the filter (5) has a filter choke (6) which is looped in between the first output connection (2a) of the rectifier (2) and the first input connection (4a) of the inverter (4). Frequenzumrichter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - der Zwischenkreiskondensator (3) zwischen den ersten Eingangsanschluss (4a) und den zweiten Eingangsanschluss (4b) des Wechselrichters (4) eingeschleift ist.Frequency converter (1) after claim 1 , characterized in that - the intermediate circuit capacitor (3) is looped in between the first input connection (4a) and the second input connection (4b) of the inverter (4). Frequenzumrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - das Filter (5) einen Snubber-Kondensator (7) aufweist, der zwischen den ersten Ausgangsanschluss (2a) und den zweiten Ausgangsanschluss (2b) des bidirektionalen Stromrichters (2) eingeschleift ist.Frequency converter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the filter (5) has a snubber capacitor (7) which is connected between the first output connection (2a) and the second output connection (2b) of the bidirectional converter (2) is looped in. Frequenzumrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der bidirektionale Stromrichter (2) eine Speisebetriebsart aufweist, während der elektrische Energie in Richtung des Zwischenkreiskondensators (3) übertragen wird, und eine Rückspeisebetriebsart aufweist, während der elektrische Energie in Richtung der dreiphasigen Netzwechselspannung (UN) übertragen wird.Frequency converter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the bidirectional converter (2) has a feed mode of operation during which electrical energy is transmitted in the direction of the intermediate circuit capacitor (3), and a feedback mode of operation during which electrical energy is transmitted in the direction of the three-phase mains AC voltage (UN). Frequenzumrichter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass - der Snubber-Kondensator (7) derart dimensioniert ist, dass er in der Rückspeisebetriebsart und für den Fall einer Unterbrechung der Netzwechselspannung (UN) sämtliche in der Filterdrossel (6) gespeicherte elektrische Energie aufnimmt.Frequency converter (1) after claim 4 , characterized in that - the snubber capacitor (7) is dimensioned in such a way that it absorbs all the electrical energy stored in the filter inductor (6) in the feedback operating mode and in the event of an interruption in the mains AC voltage (UN). Frequenzumrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Wechselrichter (4) eine vorgegebene Schaltfrequenz aufweist, wobei eine Induktivität der Filterdrossel (6) derart dimensioniert ist, dass eine Resonanzfrequenz eines Schwingkreises, der den Zwischenkreiskondensator (3) und die Filterdrossel (6) aufweist, kleiner ist als die Schaltfrequenz.Frequency converter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the inverter (4) has a predetermined switching frequency, with an inductance of the filter choke (6) being dimensioned in such a way that a resonant frequency of an oscillating circuit which contains the intermediate circuit capacitor (3) and the filter choke (6) has, is smaller than the switching frequency. Frequenzumrichter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass - die Schaltfrequenz in einem Frequenzbereich zwischen 4 kHz und 16 kHz liegt, insbesondere 8 kHz oder 12,16 kHz beträgt.Frequency converter (1) after claim 6 , characterized in that - the switching frequency is in a frequency range between 4 kHz and 16 kHz, in particular 8 kHz or 12.16 kHz. Frequenzumrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Stromrichter (2) ein selbstgeführter Gleichrichter ist.Frequency converter (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that - The converter (2) is a self-commutated rectifier. Frequenzumrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der bidirektionale Stromrichter (2) und der Zwischenkreiskondensator (3) Bestandteile eines Fundamental Frequency Front Ends (F3E) sind.Frequency converter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the bidirectional converter (2) and the intermediate circuit capacitor (3) are components of a fundamental frequency front end (F3E). Frequenzumrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Filterdrossel (6) ein Varistor (15) parallel geschaltet ist.Frequency converter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the filter choke (6) has a varistor (15) connected in parallel with it.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6353545B1 (en) 1998-12-28 2002-03-05 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Inverter apparatus with active current limiting and smoothing circuit
US20110181993A1 (en) 2010-01-26 2011-07-28 Denso Corporationi Switching device
US20140321171A1 (en) 2012-03-05 2014-10-30 Fuji Electric Co., Ltd. Power conversion device
DE102015215886A1 (en) 2015-08-20 2017-02-23 Robert Bosch Gmbh Inverter circuit comprising a circuit arrangement for the regenerative damping of electrical oscillations and method for the regenerative damping of electrical oscillations
US9837952B1 (en) 2016-12-16 2017-12-05 Hamilton Sundstrand Corporation Reducing resonant effects of reactive loads in electric motor systems
US20200298722A1 (en) 2015-09-11 2020-09-24 Invertedpower Pty Ltd Methods and systems for an integrated charging system for an electric vehicle

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6353545B1 (en) 1998-12-28 2002-03-05 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Inverter apparatus with active current limiting and smoothing circuit
US20110181993A1 (en) 2010-01-26 2011-07-28 Denso Corporationi Switching device
US20140321171A1 (en) 2012-03-05 2014-10-30 Fuji Electric Co., Ltd. Power conversion device
DE102015215886A1 (en) 2015-08-20 2017-02-23 Robert Bosch Gmbh Inverter circuit comprising a circuit arrangement for the regenerative damping of electrical oscillations and method for the regenerative damping of electrical oscillations
US20200298722A1 (en) 2015-09-11 2020-09-24 Invertedpower Pty Ltd Methods and systems for an integrated charging system for an electric vehicle
US9837952B1 (en) 2016-12-16 2017-12-05 Hamilton Sundstrand Corporation Reducing resonant effects of reactive loads in electric motor systems

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