EP1639691A2 - Rectifier/power converter for an ac power source having a connection for a back-up power source - Google Patents

Rectifier/power converter for an ac power source having a connection for a back-up power source

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Publication number
EP1639691A2
EP1639691A2 EP04739838A EP04739838A EP1639691A2 EP 1639691 A2 EP1639691 A2 EP 1639691A2 EP 04739838 A EP04739838 A EP 04739838A EP 04739838 A EP04739838 A EP 04739838A EP 1639691 A2 EP1639691 A2 EP 1639691A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
converter
power source
rectifier
source
current
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04739838A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ralf Briest
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.)
Piller Group GmbH
Original Assignee
RWE Piller GmbH
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
Priority claimed from DE10330578A external-priority patent/DE10330578A1/en
Application filed by RWE Piller GmbH filed Critical RWE Piller GmbH
Publication of EP1639691A2 publication Critical patent/EP1639691A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/10Arrangements incorporating converting means for enabling loads to be operated at will from different kinds of power supplies, e.g. from ac or dc
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/061Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for DC powered loads
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/062Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21Conversion of ac power input into dc 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 triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217Conversion of ac power input into dc 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 triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219Conversion of ac power input into dc 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 triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration

Definitions

  • the invention relates to a rectifier and converter for an AC source with the features of claim 1 and special uses of such a rectifier and converter.
  • a rectifier and converter must be switched between an AC source, for example a three-phase three-phase network, and a consumer.
  • the rectifier and converter can serve to supply an inverter following it with an input DC voltage, from which the subsequent inverter generates an AC voltage suitable for supplying the consumer.
  • the consumer can also directly use the DC output voltage of the rectifier and converter.
  • the step-up converters are provided for this purpose in a rectifier and converter according to the preamble of patent claim 1. With the semiconductor valves of the step-up converter, the desired current direction is carried out at the rectifier and converter in order to maintain a defined shape of the current curve. As a rule, a sinusoidal current curve of the alternating current source is desired.
  • UPS uninterruptible power supply
  • the consumer is in the event of failure of a primary AC power source, ie Rule of the power grid, supplied with the help of a backup power source.
  • a substitute current source which supplies direct current with the direct output voltage of the rectifier and converter, can alternatively be connected directly to the consumer or an inverter connected upstream of it.
  • the backup power source does not deliver this output voltage.
  • a rectifier and converter with the features of the preamble of claim 1 is known.
  • An actuator choke for each phase of the alternating current source is arranged on the input side in front of diodes, with which the respective phase is branched to the separate components of the two step-up converters for the two current directions; a connection option for a substitute current source is not provided here.
  • the invention has for its object to show a rectifier and converter with the features of the preamble of claim 1, which provides an additional connection option for a backup power source in an efficient and easily controllable manner.
  • the step-up converters are used not only for rectifying and rectifying the alternating current source, but also in particular for rectifying the current for the substitute current source.
  • each step-up converter is assigned its own converter choke, which is thus arranged behind the branching of the respective phase of the AC power source in the two current directions.
  • each phase of the AC source is branched using the fixed current direction of the changeover switches, which are connected upstream of the converter chokes of the step-up converters.
  • these change-over switches allow the connection of each converter choke of each step-up converter with the same fixed current direction as when connecting to the AC power source and also to a backup power source.
  • the current from the backup power source can be directed with the full functionality of the step-up converter and increased in terms of its voltage, without requiring additional equipment for all step-up converters in addition to the changeover switches and its own converter chokes.
  • the changeover switches in front of the actuator choke of each step-up converter are preferably each made up of two electronic switches with a current direction, which have the same orientation to the respective actuator choke. In addition to simply switching between the AC power source and the backup power source, it is also possible to switch the two power sources on and off independently.
  • each actuator choke of each step-up converter can be implemented, for example by means of thyristors.
  • Transistors e.g. IGBTs or Mosfets can be used, but their functionalities are not exhausted here.
  • thyristors it is generally sufficient for a switchover from a failing AC power source to the backup power sources to ignite the thyristors leading to the backup power source. The thyristors leading to the AC source are then of course commutated.
  • the new rectifier and converter can be used in conjunction with a wide variety of backup power sources.
  • Examples are batteries, double layer capacitors, flywheel storage or diesel generators.
  • the direction of the current is in any case effected by the semiconductor valves of the step-up converters. They are typically transistors that can be configured as IGBTs or Mosfets depending on the power to be switched. - A -
  • each step-up converter has its own semiconductor valve which can be switched off.
  • each semiconductor valve which can be switched off is provided for the step-up converter assigned to the two current directions and which interacts with an additional diode for each step-up converter.
  • a separate semiconductor valve that can be switched off for each step-up converter there are special possible uses of the new rectifier and converter when switching from the backup power source back to the AC power source. This will be explained in more detail below.
  • step-up converters have their own capacities for the same current direction of several phases of the AC power source.
  • a total capacitance, which is connected in parallel to the output of the rectifier and converter, is advantageous here.
  • a center or star point of the alternating current source and / or the substitute current source is connected to the center of the direct current connection.
  • a common center point can be established for all three positions, even if one of the center points is loaded.
  • the semiconductor valves of the step-up converters can be controlled such that a direct voltage output at the direct voltage output is symmetrical with its center point.
  • the changeover switch permanently connects the converter choke of each step-up converter to the AC power source in a first operating mode and to the in a second operating mode Backup power source. If the AC power source fails, the first operating mode must be switched to the second operating mode.
  • the changeover switches of the step-up converters for one current direction can connect the converter chokes in succession to the backup power source in pulsed mode for limited periods of time. If the actuator chokes are connected to the backup power source for the same period of time and an equal amount of energy is drawn from the backup power source via the respective actuator choke, the energy can be drawn from the backup power source with high uniformity, whereby the backup power source is minimally stressed.
  • the step-up converters for one current direction connect the converter chokes in pulse mode to the backup power source for successive thirds of the period of the AC power source, i.e. if synchronization of the pulse mode with the energy withdrawal from the backup power source is obtained with the period of the AC power source.
  • Such synchronization enables a smooth transition when the power supply has to be switched from the backup power source to the AC power source by temporarily taking parallel power from both power sources.
  • the parallel power draw the power share from one power source can be continuously reduced, while the power draw from the other power source is continuously ramped up. This avoids unfavorable jumps in the withdrawal of services.
  • the parallel power withdrawal also enables a partial connection of the backup power source if the power supply via the AC power source only partially breaks down or is not sufficient for certain requirements.
  • a prerequisite for parallel power consumption, which is also referred to here as quasi-parallel operation of the two current sources, because a step-up converter is only supplied with power from one of the two current sources at a time is that each step-up converter has its own semiconductor valve that can be switched off. Quasiparallel operation is not possible with only one semiconductor valve that can be switched off for each phase of the AC power source.
  • each semiconductor valve that can be switched off is switched by the respective step-up converter in alternate periods within the period of the AC power source alternately connected to the AC power source and the backup power source, so that energy is drawn from both the AC power source and the backup power source within the period of the AC power source. There is never a direct connection between the power sources.
  • Quasi-parallel operation can be realized particularly advantageously if six step-up converters are provided for a three-phase alternating current source, because then 120 ° blocks in which the step-up converters are supplied with energy from the backup current source in one current direction are combined to form a full 36 ° ° period, via which constant power is drawn from the backup power source.
  • Fig. 1 shows a circuit diagram of a first embodiment of the new DC
  • Fig. 2 shows various plots of current profiles to explain the
  • FIG. 3 shows a circuit diagram of a second comprising additional thyristors
  • Embodiment of the new rectifier and converter in connection with a single-phase alternating current source and a standby alternating current source.
  • Fig. 4 shows different plots of current profiles to explain the
  • Fig. 5 shows a circuit diagram of a third embodiment of the new DC and
  • Fig. 6 shows different plots of current profiles to explain the
  • Fig. 7 shows a circuit diagram of a fourth embodiment of the new DC
  • Fig. 8 shows a circuit diagram of a fifth embodiment of the new DC
  • FIG. 9 shows a circuit diagram of a sixth exemplary embodiment of the new rectifier and converter in connection with a three-phase alternating current source and a non-central substitute current source.
  • Fig. 11 shows a circuit diagram of a seventh embodiment of the new DC
  • the rectifier and converter shown in FIG. 1 for an alternating current source U 1 has two step-up converters, each with a converter choke L1 or L2, a semiconductor valve that can be switched off in the form of a transistor T1 or T2, a free-wheeling diode D1 or D2 and a capacitance in the form a capacitor C1 or C2.
  • the two step-up converters are each provided for a current direction of one phase of the single-phase alternating current source U 1 , which is branched toward the two step-up converters via two thyristors T11 and T12 provided in opposite orientations.
  • the second connection of the single-phase alternating current source Ui is connected to a center point M of the output of the rectifier and converter, at which an output voltage U d is present in two halves Ud, i and U d, 2 via the capacitors C1 and C2.
  • each individual step-up converter has its own converter choke L1 or L2 and that instead of the usual diodes, the comparatively complex thyristors T11 and T12 are used, around the one phase of the AC source To branch U 1 to the two step-up converters.
  • this also creates the possibility of using an equivalent current source U 2 to provide the output voltage U d .
  • only two further thyristors T21 and T22 are provided in FIG. 1. These thyristors lead in the same current direction as the thyristors T11 and T12 to the actuator chokes L1 and L2.
  • the equivalent current source can be switched on by firing the thyristors T21 and T22, the thyristors T11 and T12 automatically commutating and with the aid of the actuation of the transistors T1 and T2 the required current is subsequently drawn from the equivalent current source U 2 .
  • the two high seat actuators are also used to raise the output voltage of the backup power source U 2 to the desired level of the output voltage U d of the rectifier and converter.
  • the two step-up converters can therefore perform this function for both current sources Ui and U 2 . It is therefore only necessary to control these two step-up converters in order to provide a constant output voltage U d .
  • an equivalent current source U 2 is provided which has a center point, ie which provides two partial output voltages U 2
  • the center of the backup power source U 2 is connected to the center M of the output of the rectifier and converter. This connection is also possible when the center M is loaded, for example by a downstream inverter.
  • FIG. 2 different current profiles are plotted, namely for the alternating current source U 1 , for the two parts U 2, i and U 2 ⁇ 2 of the backup power source U 2 and for the actuator chokes L1 and L2.
  • 2 a) is based on normal operation, in which the energy is supplied exclusively by the alternating current source U 1 .
  • the current lu-i drawn by the AC source is sinusoidal.
  • the currents Iu2, i and Iu2,2 from the equivalent current source U 2 are zero; and the inductor currents I L1 and I L2 correspond to the two separate half-waves of Iu 1 .
  • Fig. 2 c) outlines a quasi-parallel operation of both emergency power sources, ie a supply of the rectifier and converter during a period of the alternating current source U 1 with both energy from the alternating current source U 1 and the backup power source U 2 .
  • the current is sinusoidal but smaller than in normal operation according to FIG. 2a).
  • the portions Iu2, i and Iu 2.2 of the equivalent current from the equivalent current source U 2 supplement the inductor currents I L1 and I L2 in the periods of the period of Iu 1 in addition to the half-waves ofizi.
  • the entire power supply of L1 and L2 is thus composed of portions of both current sources U 1 and U 2 , the size of which can be varied. In this way, the energy supply can be gently transferred from one power source to the other without any jumps in power consumption from one of the power sources.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of the new rectifier and converter, in which an equivalent current source U 2 is provided compared to FIG. 1, which is also a direct current source but has no center. That is, it supplies only a single output voltage U 2 and it is not connected to the center M of the output of the rectifier and converter.
  • additional thyristors T211 and T222 are provided in the exemplary embodiment according to FIG. 3, which connect the backup current source U 2 directly to the output of the rectifier and converter , The additional thyristors T211 and T222 are only for the Quasi-parallel operation according to FIG.
  • the additional thyristor T222 is switched during the half-wave ofizi, in which the step-up converter L1, T1, D1 is in operation, ie is supplied withuci, while the additional thyristor T211 is switched if, during the other half-wave ofizi, the step-up converter L2, T2, D2 is in operation.
  • the embodiment of the rectifier and converter according to FIG. 5 differs from that according to FIG. 3 in that the additional thyristors are missing, or in comparison with FIG. 1 in that the equivalent current source U 2 has no center. As already indicated in connection with FIG. 3, this has effects on the quasi-parallel operation, which is outlined for the exemplary embodiment according to FIG. 5 in FIG. 6c.
  • the respective step-up converter with the thyristor ignited to the alternating current source Ui not only carries the currentizi from the alternating current source Ui but also the current Iu 2 from the substitute current source U 2 .
  • the other step-up converter determines the current of the backup power source.
  • the actuator chokes Li and L 2 are simultaneously connected to the backup power source U 2 while they are being supplied by the AC power source U 1 .
  • the additional thyristors are provided in the embodiment according to FIG. 3, which bypass the actuator chokes L1 and L2.
  • FIG. 7 shows an embodiment of the new rectifier and converter for a single-phase alternating current source U 1 , in which the two step-up converters for the two current directions of the one phase of the alternating current sources do not each have their own transistor T1 or, in contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 5.
  • T2 as in Fig. 1 but have only a common transistor T1.
  • an additional diode D11 or D12 is provided in each of the two step-up converters. Because only the single transistor T1 has to be controlled, the control of the new rectifier and converter is simplified in this exemplary embodiment, but quasi-parallel operation of the two current sources U1 and U2 is not possible. Rather, it is only possible to switch directly between normal operation and replacement operation, as is sketched in FIGS. 4 a) and b) or 6 a) and b).
  • the backup power source U 2 can be a battery or generally a DC power source. But it can also be an AC power source.
  • the step-up converter with the separate converter chokes L 1 and L 2 are flexible in this regard and do not depend on a specific type of backup power source U 2 .
  • FIG. 8 shows a first exemplary embodiment of the new rectifier and converter for an alternating current source Ui with three phases U 1iL i, U 1L
  • Each of the phases is branched to two step-up converters via two thyristors T11 and T12 or T13 and T14 or T15 and T16.
  • These step-up converters each have their own converter choke Li, their own free-wheeling diode Di and their own transistor Ti.
  • the capacities additionally assigned to each step-up converter are in a capacitor C1 for the one current direction to which the step-up converters with the odd indices i are assigned, and in one Capacitor C2 for the other current direction, to which the step-up converters with the even indices i are assigned, are combined.
  • the output voltage U d of the rectifier and converter drops across these two capacitors C1 and C2.
  • the star point of the alternating current source U 1 can be connected to the center M of the output of the rectifier and converter.
  • the backup power source U 2 which is preferably a battery or another DC power source, is connected via a total of six thyristors T21 to T26 to each of the six step-up converters in order to supply them with power as an alternative to the AC power source U1.
  • the function of the rectifier and converter is in principle identical to that of the exemplary embodiment according to FIG. 1, the connection of the star point of the alternating current source Ui to the center M of the rectifier and converter not being mandatory in FIG. 8.
  • the DC voltage at the output of the rectifier and converter according to FIG. 8 will in principle be more constant due to the three-phase nature of the AC power source U 1 than in the exemplary embodiments with a single-phase AC power source U 1 according to FIGS. 1, 3, 5 and 7 ,
  • the exemplary embodiment of the rectifier and converter shown in FIG. 9 is modified from that according to FIG. 8 only in that the equivalent current source U 2 according to FIG. 9 has no center that would be connected to the center M of the output of the rectifier and converter , This has no significant effect on the function of these two exemplary embodiments explained below due to the plurality of step-up converters in each current direction.
  • the star point of the alternating current source U 1 is connected to the center M of the rectifier and converter.
  • FIG. 10 shows the profile of the current IUI, L .I of a phase of the alternating current source U 1 , of the total equivalent current I U2 from the equivalent current source and of the inductor currents Iu and I L 2, which are assigned to the phase Ui, L2 , for the exemplary embodiments according to 8 and 9.
  • a) normal operation, b) replacement operation and c) quasi-parallel operation are outlined separately.
  • the normal operation, in which the actuator chokes L1 and L2 are supplied via the alternating current source U 1 does not differ from the normal operation in the single-phase alternating current source according to FIG. 2.
  • the substitute current Iu 2 is divided at any time onto the actuator choke assigned to each phase of the alternating current source U 1 , each of the 120 ° blocks of the substitute current Iu 2 , which are included in the choke currents Li, each have the full current of the backup current Iu 2 .
  • the number of transistors in the step-up converters is halved compared to the exemplary embodiment according to FIG. 9 and analogously to the single-phase exemplary embodiment according to FIG. 7, and additional diodes D11 to D16 are provided instead, so that a pair of step-up converters, which are assigned to a phase of the alternating current source U1, manage with a transistor T1 or T3 or T5.
  • this has the consequence that quasi-parallel operation of the two current sources Ui and U 2 according to FIG. 10 c) is not possible.

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Abstract

The invention relates to a rectifier/power converter for an AC power source (U1) which has one step-up chopper each for both current directions. Every step-up chopper has its own chopper coil (L1, L2), a disconnectible semiconductor valve (T1, T2), a freewheeling diode (D1, D2) and a capacitor (C1, C2). The step-up choppers are connected to a DC output having a center (M). Every chopper coil (L1, L2) can be optionally connected to the phase of the AC power source (U1) or to a back-up power source (U2) via a changeover switch (T11 and T21; T12 and T22) having a fixed current direction.

Description

GLEICH- UND STROMRICHTER FÜR EINE WECHSELSTROMQUELLE MIT EINEM ANSCHLUß FÜR EINE ERSATZSTROMQUELLE RECTIFIER AND RECTIFIER FOR AN AC POWER SOURCE WITH A CONNECTION FOR A SPARE POWER SOURCE
Die Erfindung betrifft einen Gleich- und Stromrichter für eine Wechselstromquelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie spezielle Verwendungen eines solchen Gleich- und Stromrichters.The invention relates to a rectifier and converter for an AC source with the features of claim 1 and special uses of such a rectifier and converter.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
In verschiedenen praktischen Anwendungen ist zwischen einer Wechselstromquelle, beispielsweise einem dreiphasigen Drehstromnetz, und einen Verbraucher ein Gleich- und Stromrichter zu schalten. Der Gleich- und Stromrichter kann dazu dienen, einen ihm nachfolgenden Wechselrichter mit einer Eingangsgleichspannung zu versorgen, aus der der nachfolgende Wechselrichter eine für die Versorgung des Verbraucher geeignete Wechselspannung generiert. Der Verbraucher kann aber auch direkt die Ausgangsgleichspannung des Gleich- und Stromrichters verwenden. Insbesondere im Fall eines nachfolgenden Wechselrichters ist es bei einem Gleich- und Stromrichter auch erwünscht, wenn dieser die Spannung hochsetzt. Hierfür sind die Hochsetzsteller bei einem Gleich- und Stromrichter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorgesehen. Mit den Halbleiterventilen der Hochsetzsteller wird zugleich die gewünschte Stromrichtung bei dem Gleich- und Stromrichter durchgeführt, um eine definierte Form der Stromkurve einzuhalten. In der Regel ist eine sinusförmige Stromkurve der Wechselstromquelle erwünscht.In various practical applications, a rectifier and converter must be switched between an AC source, for example a three-phase three-phase network, and a consumer. The rectifier and converter can serve to supply an inverter following it with an input DC voltage, from which the subsequent inverter generates an AC voltage suitable for supplying the consumer. The consumer can also directly use the DC output voltage of the rectifier and converter. In the case of a subsequent inverter in particular, it is also desirable in the case of a rectifier and converter if the converter steps up the voltage. The step-up converters are provided for this purpose in a rectifier and converter according to the preamble of patent claim 1. With the semiconductor valves of the step-up converter, the desired current direction is carried out at the rectifier and converter in order to maintain a defined shape of the current curve. As a rule, a sinusoidal current curve of the alternating current source is desired.
Bei einer Anlage zur unterbrechungsfreien Stromversorgung, d.h. einer sogenannten USV- Anlage, wird der Verbraucher beim Ausfall einer primären Wechselstromquelle, d.h. in der Regel des Stromnetzes, mit Hilfe einer Ersatzstromquelle versorgt. Hierzu kann eine Ersatzstromquelle, die Gleichstrom mit der Ausgangsgleichspannung des Gleich- und Stromrichters liefert, ersatzweise direkt an den Verbraucher bzw. einen ihm vorgeschalteten Wechselrichter angeschlossen werden. Dies geht jedoch nicht, wenn die Ersatzstromquelle nicht diese Ausgangsspannung abgibt.In a system for uninterruptible power supply, ie a so-called UPS system, the consumer is in the event of failure of a primary AC power source, ie Rule of the power grid, supplied with the help of a backup power source. For this purpose, a substitute current source, which supplies direct current with the direct output voltage of the rectifier and converter, can alternatively be connected directly to the consumer or an inverter connected upstream of it. However, this is not possible if the backup power source does not deliver this output voltage.
Aus J.W. Kohler und F.C. Zach "A novell three Phase three Switch three Level Unity Power Factor PWM Rectifier", Power Conversion * June 1994 proceedings, Seiten 125 ff., ist ein Gleich- und Stromrichter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 bekannt. Dabei ist eine Stellerdrossel für jede Phase der Wechselstromquelle eingangsseitig vor Dioden angeordnet, mit denen die jeweilige Phase zu den getrennten Bauteilen der beiden Hochsetzstellem für die beiden Stromrichtungen verzweigt wird, eine Anschlussmöglichkeit für eine Ersatzstromquelle ist hierbei nicht vorgesehen.From J.W. Kohler and F.C. Zach "A novell three phase three switch three level Unity Power Factor PWM Rectifier", Power Conversion * June 1994 proceedings, pages 125 ff., A rectifier and converter with the features of the preamble of claim 1 is known. An actuator choke for each phase of the alternating current source is arranged on the input side in front of diodes, with which the respective phase is branched to the separate components of the two step-up converters for the two current directions; a connection option for a substitute current source is not provided here.
AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleich- und Stromrichter mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 aufzuzeigen, der in effizienter und gut steuerbarer Weise eine zusätzliche Anschlussmöglichkeit für eine Ersatzstromquelle bereitstellt.The invention has for its object to show a rectifier and converter with the features of the preamble of claim 1, which provides an additional connection option for a backup power source in an efficient and easily controllable manner.
LÖSUNGSOLUTION
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Gleich- und Stromrichter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des Gleich- und Stromrichters sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 beschrieben. Bevorzugte Verwendungen des Gleich- und Stromrichters sind in den ebenfalls abhängigen Patentansprüchen 8 bis 10 beschrieben. BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGThe object of the invention is achieved by a rectifier and converter with the features of patent claim 1. Preferred embodiments of the rectifier and converter are described in subclaims 2 to 7. Preferred uses of the rectifier and converter are described in the likewise dependent claims 8 to 10. DESCRIPTION OF THE INVENTION
Bei der Erfindung werden die Hochsetzsteller nicht nur zum Gleich- und Stromrichten für die Wechselstromquelle sondern auch insbesondere zum Stromrichten für die Ersatzstromquelle verwendet. Um die Voraussetzung hierfür zu schaffen, wird jedem Hochsetzsteller eine eigene Stellerdrossel zugeordnet, die damit hinter der Verzweigung der jeweiligen Phase der Wechselstromquelle in die beiden Stromrichtungen angeordnet ist. Bei dem neuen Gleich- und Stromrichter wird die Verzweigung jeder Phase der Wechselstromquelle mit Hilfe der festen Stromrichtung der Umschalter bewirkt, die den Stellerdrosseln der Hochsetzsteller vorgeschaltet sind. Gleichzeitig erlauben diese Umschalter den Anschluss jeder Stellerdrossel jedes Hochsetzstellers mit derselben festen Stromrichtung wie beim Anschluss an die Wechselstromquelle auch an eine Ersatzstromquelle. Der Strom von der Ersatzstromquelle kann mit der vollen Funktionalität der Hochsetzsteller gerichtet und bezüglich seiner Spannung hochgesetzt werden, ohne dass hierfür außer den Umschaltern und den eigenen Stellerdrosseln für alle Hochsetzsteller ein zusätzlicher apparativer Aufwand zu betreiben wäre. Die Umschalter vor der Stellerdrossel jedes Hochsetzstellers sind vorzugsweise aus jeweils zwei elektronischen Schaltern mit einer Stromrichtung aufgebaut, die die gleiche Orientierung zur jeweiligen Stellerdrossel aufweisen. Damit ist neben dem reinen Umschalten zwischen der Wechselstromquelle und der Ersatzstromquelle auch ein unabhängiges Ein- und Ausschalten der beiden Stromquellen möglich.In the invention, the step-up converters are used not only for rectifying and rectifying the alternating current source, but also in particular for rectifying the current for the substitute current source. In order to create the prerequisite for this, each step-up converter is assigned its own converter choke, which is thus arranged behind the branching of the respective phase of the AC power source in the two current directions. In the new rectifier and converter, each phase of the AC source is branched using the fixed current direction of the changeover switches, which are connected upstream of the converter chokes of the step-up converters. At the same time, these change-over switches allow the connection of each converter choke of each step-up converter with the same fixed current direction as when connecting to the AC power source and also to a backup power source. The current from the backup power source can be directed with the full functionality of the step-up converter and increased in terms of its voltage, without requiring additional equipment for all step-up converters in addition to the changeover switches and its own converter chokes. The changeover switches in front of the actuator choke of each step-up converter are preferably each made up of two electronic switches with a current direction, which have the same orientation to the respective actuator choke. In addition to simply switching between the AC power source and the backup power source, it is also possible to switch the two power sources on and off independently.
Realisierbar sind die elektronischen Schalter vor jeder Stellerdrossel jedes Hochsetzstellers beispielsweise durch Thyristoren. Auch Transistoren, z.B. IGBTs oder Mosfets, sind einsetzbar, wobei deren Funktionalitäten hier nicht ausgeschöpft werden. Bei der Verwendung von Thyristoren reicht es für eine Umschaltung von einer ausfallenden Wechselstromquelle auf die Ersatzstromquellen in der Regel aus, die zu der Ersatzstromquelle führenden Thyristoren zu zünden. Die zu der Wechselstromquelle führenden Thyristoren werden dann natürlich kommutiert.The electronic switches in front of each actuator choke of each step-up converter can be implemented, for example by means of thyristors. Transistors, e.g. IGBTs or Mosfets can be used, but their functionalities are not exhausted here. When using thyristors, it is generally sufficient for a switchover from a failing AC power source to the backup power sources to ignite the thyristors leading to the backup power source. The thyristors leading to the AC source are then of course commutated.
Der neue Gleich- und Stromrichter ist in Verbindung mit unterschiedlichsten Ersatzstromquellen verwendbar. Beispiele sind Batterien, Doppelschichtkondensatoren, Schwungradspeicher oder auch Dieselgeneratoren. Die Stromrichtung wird in jedem Fall durch die Halbleiterventile der Hochsetzsteller bewirkt. Bei ihnen handelt es sich typischerweise um Transistoren, die konkret je nach der zu Schaltenden Leistung als IGBTs oder Mosfets ausgeführt sein können. - A -The new rectifier and converter can be used in conjunction with a wide variety of backup power sources. Examples are batteries, double layer capacitors, flywheel storage or diesel generators. The direction of the current is in any case effected by the semiconductor valves of the step-up converters. They are typically transistors that can be configured as IGBTs or Mosfets depending on the power to be switched. - A -
Vorzugsweise ist der Aufbau des neuen Gleich- und Stromrichters so, dass jeder Hochsetzsteller ein eigenes abschaltbares Halbleiterventil aufweist. Es gibt aber auch Ausführungsformen des neuen Gleich- und Stromrichters, bei denen für jede Phase der Wechselstromquelle jeweils nur ein abschaltbares Halbleiterventil für die beiden Stromrichtungen zugeordneten Hochsetzsteller vorgesehen ist, das mit jeweils einer zusätzlichen Diode bei jedem Hochsetzsteller zusammenwirkt. Bei einem eigenen abschaltbaren Halbleiterventil je Hochsetzsteller ergeben sich besondere Verwendungsmöglichkeiten des neuen Gleich- und Stromrichters beim Umschalten von der Ersatzstromquelle zurück zu der Wechselstromquelle. Dies wird weiter unten noch näher erläutert werden.The construction of the new rectifier and converter is preferably such that each step-up converter has its own semiconductor valve which can be switched off. However, there are also embodiments of the new rectifier and converter, in which for each phase of the alternating current source only one semiconductor valve which can be switched off is provided for the step-up converter assigned to the two current directions and which interacts with an additional diode for each step-up converter. With a separate semiconductor valve that can be switched off for each step-up converter, there are special possible uses of the new rectifier and converter when switching from the backup power source back to the AC power source. This will be explained in more detail below.
Unnötig ist es jedoch, wenn die Hochsetzsteller für die gleiche Stromrichtung von mehreren Phasen der Wechselstromquelle eigene Kapazitäten aufweisen. Hier ist eine Gesamtkapazität, die dem Ausgang des Gleich- und Stromrichters parallelgeschaltet ist, vorteilhaft.However, it is unnecessary if the step-up converters have their own capacities for the same current direction of several phases of the AC power source. A total capacitance, which is connected in parallel to the output of the rectifier and converter, is advantageous here.
Bei dem neuen Gleich- und Stromrichter ist es möglich, aber nicht zwingend, dass ein Mitteloder Sternpunkt der Wechselstromquelle und/oder der Ersatzstromquelle an den Mittelpunkt des Gleichstromanschlusses angeschlossen ist. So kann ein gemeinsamer Mittelpunkt für alle drei Stellen herbeigeführt werden, selbst wenn einer der Mittelpunkte belastet ist. Es ist aber auch möglich, als Ersatzstromquelle eine solche zu verwenden, die keinen Mittelpunkt aufweist. Auch dann können immer noch der Stern- bzw. Mittelpunkt der Wechselstromquelle und der Mittelpunkt des Ausgangs des Gleich- und Stromrichters miteinander verbunden werden.With the new rectifier and converter, it is possible, but not mandatory, that a center or star point of the alternating current source and / or the substitute current source is connected to the center of the direct current connection. In this way, a common center point can be established for all three positions, even if one of the center points is loaded. However, it is also possible to use one that has no center as the backup power source. Even then, the star or center of the alternating current source and the center of the output of the rectifier and converter can still be connected to one another.
Selbst wenn bei dem neuen Gleich- und Stromrichter keine Mittelpunkte miteinander verbunden sind, können die Halbleiterventile der Hochsetzsteller so angesteuert werden, dass eine an dem Gleichspannungsausgang ausgegebene Gleichspannung symmetrisch zu dessen Mittelpunkt ist.Even if no center points are connected to one another in the new rectifier and converter, the semiconductor valves of the step-up converters can be controlled such that a direct voltage output at the direct voltage output is symmetrical with its center point.
In der Grundverwendung des neuen Gleich- und Stromrichters schließt der Umschalter die Stellerdrossel jedes Hochsetzstellers in einem ersten Betriebsmodus dauerhaft an die Wechselstromquelle und in einem zweiten Betriebsmodus dauerhaft an die Ersatzstromquelle an. Wenn die Wechselstromquelle ausfällt, muss also von dem ersten Betriebsmodus auf den zweiten Betriebsmodus umgeschaltet werden.In the basic use of the new rectifier and converter, the changeover switch permanently connects the converter choke of each step-up converter to the AC power source in a first operating mode and to the in a second operating mode Backup power source. If the AC power source fails, the first operating mode must be switched to the second operating mode.
Wenn mehrere Hochsetzsteller für jede Stromrichtung vorgesehen sind und wenn die Ersatzstromquelle eine Gleichstromquelle ist, können die Umschalter der Hochsetzsteller für eine Stromrichtung die Stellerdrosseln in einem Pulsbetrieb nacheinander für begrenzte Zeiträume an die Ersatzstromquelle anschließen. Wenn dabei die Stellerdrosseln für jeweils gleiche Zeiträume an die Ersatzstromquelle angeschlossen werden und in jedem Zeitraum eine gleiche Menge an Energie über die jeweilige Stellerdrossel aus der Ersatzstromquelle entnommen wird, kann die Energieentnahme aus der Ersatzstromquelle mit hoher Gleichmäßigkeit erfolgen, wodurch die Ersatzstromquelle minimal strapaziert wird.If several step-up converters are provided for each current direction and if the backup power source is a direct current source, the changeover switches of the step-up converters for one current direction can connect the converter chokes in succession to the backup power source in pulsed mode for limited periods of time. If the actuator chokes are connected to the backup power source for the same period of time and an equal amount of energy is drawn from the backup power source via the respective actuator choke, the energy can be drawn from the backup power source with high uniformity, whereby the backup power source is minimally stressed.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Hochsetzsteller für eine Stromrichtung die Stellerdrosseln in dem Pulsbetrieb für aufeinanderfolgende Drittel der Periode der Wechselstromquelle an die Ersatzstromquelle anschließen, d.h., wenn eine Synchronisation des Pulsbetriebs mit der Energieentnahme aus der Ersatzstromquelle mit der Periode der Wechselstromquelle ergeben ist.It is particularly preferred if the step-up converters for one current direction connect the converter chokes in pulse mode to the backup power source for successive thirds of the period of the AC power source, i.e. if synchronization of the pulse mode with the energy withdrawal from the backup power source is obtained with the period of the AC power source.
Eine solche Synchronisation ermöglicht einen sanften Übergang, wenn die Stromversorgung von der Ersatzstromquelle wieder auf die Wechselstromquelle umzustellen ist, indem zeitweilig eine parallele Leistungsentnahme aus beiden Stromquellen erfolgt. Während der parallelen Leistungsentnahme kann der Leistungsanteil aus der einen Stromquelle kontinuierlich zurückgefahren werden, während die Leistungsentnahme aus der anderen Stromquelle kontinuierlich hochgefahren wird. Ungünstige Sprünge bei der Leistungsentnahme werden hierdurch vermieden. Zudem ermöglicht die parallele Leistungsentnahme auch ein nur anteiliges Zuschalten der Ersatzstromquelle, wenn die Leistungsversorgung über die Wechselstromquelle nur teilweise einbricht bzw. bei bestimmten Anforderungen nicht ausreichend ist. Voraussetzung für eine parallele Leistungsentnahme, die hier auch als Quasiparallelbetrieb der beiden Stromquellen bezeichnet wird, weil ein Hochsetzsteller zu einem Zeitpunkt immer nur über eine der beiden Stromquellen versorgt wird, ist, dass jeder Hochsetzsteller ein eigenes abschaltbares Halbleiterventil aufweist. Mit nur einem abschaltbaren Halbleiterventil je Phase der Wechselstromquelle ist der Quasiparallelbetrieb nicht realisierbar. Bei dem Quasiparallelbetrieb wird jedes abschaltbare Halbleiterventil durch den Umschalter des jeweiligen Hochsetzstellers in voneinander abgegrenzten Zeiträumen innerhalb der Periode der Wechselstromquelle wechselweise an die Wechselstromquelle und die Ersatzstromquelle angeschlossen, so dass innerhalb der Periode der Wechselstromquelle sowohl der Wechselstromquelle als auch der Ersatzstromquelle Energie entnommen wird. Eine direkte Verbindung der Stromquellen ist dabei nie gegeben. Zu jedem Zeitpunkt erfolgt immer nur die Versorgung über eine der Stromquellen. Der Quasiparallelbetrieb ist besonders vorteilhaft zu realisieren, wenn sechs Hochsetzsteller für eine dreiphasige Wechselstromquelle vorgesehen sind, weil sich dann 120°-Blöcke, in denen die Hochsetzsteller einer Stromrichtung mit Energie aus der Ersatzstromquelle versorgt werden zu einer vollen 36Ö°-Periode ergänzt, über die hinweg der Ersatzstromquelle eine konstante Leistung entnommen wird.Such synchronization enables a smooth transition when the power supply has to be switched from the backup power source to the AC power source by temporarily taking parallel power from both power sources. During the parallel power draw, the power share from one power source can be continuously reduced, while the power draw from the other power source is continuously ramped up. This avoids unfavorable jumps in the withdrawal of services. In addition, the parallel power withdrawal also enables a partial connection of the backup power source if the power supply via the AC power source only partially breaks down or is not sufficient for certain requirements. A prerequisite for parallel power consumption, which is also referred to here as quasi-parallel operation of the two current sources, because a step-up converter is only supplied with power from one of the two current sources at a time is that each step-up converter has its own semiconductor valve that can be switched off. Quasiparallel operation is not possible with only one semiconductor valve that can be switched off for each phase of the AC power source. In quasi-parallel operation, each semiconductor valve that can be switched off is switched by the respective step-up converter in alternate periods within the period of the AC power source alternately connected to the AC power source and the backup power source, so that energy is drawn from both the AC power source and the backup power source within the period of the AC power source. There is never a direct connection between the power sources. At any time, only one of the power sources is used. Quasi-parallel operation can be realized particularly advantageously if six step-up converters are provided for a three-phase alternating current source, because then 120 ° blocks in which the step-up converters are supplied with energy from the backup current source in one current direction are combined to form a full 36 ° ° period, via which constant power is drawn from the backup power source.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.The invention is further explained and described below with reference to preferred exemplary embodiments illustrated in the figures.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des neuen Gleich- undFig. 1 shows a circuit diagram of a first embodiment of the new DC and
Stromrichters in Verbindung mit einer einphasigen Wechselstromquelle und einer einen Mittelpunkt aufweisenden Ersatzstromquelle.Power converter in connection with a single-phase alternating current source and a standby alternating current source.
Fig. 2 zeigt verschiedene Auftragungen von Stromverläufen zur Erläuterung derFig. 2 shows various plots of current profiles to explain the
Funktion des ersten Ausführungsbeispiels des neuen Gleich- und Stromrichters gemäß Fig. 1.Function of the first embodiment of the new rectifier and converter according to FIG. 1.
Fig. 3 zeigt ein Zusatzthyristoren umfassendes Schaltbild eines zweiten3 shows a circuit diagram of a second comprising additional thyristors
Ausführungsbeispiels des neuen Gleich- und Stromrichters in Verbindung mit einer einphasigen Wechselstromquelle und einer keinen Mittelpunkt aufweisenden Ersatzstromquelle.Embodiment of the new rectifier and converter in connection with a single-phase alternating current source and a standby alternating current source.
Fig. 4 zeigt verschiedene Auftragungen von Stromverläufen zur Erläuterung derFig. 4 shows different plots of current profiles to explain the
Funktion des zweiten Ausführungsbeispiels des neuen Gleich- und Stromrichters gemäß Fig. 3. Fig. 5 zeigt ein Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels des neuen Gleich- undFunction of the second exemplary embodiment of the new rectifier and converter according to FIG. 3. Fig. 5 shows a circuit diagram of a third embodiment of the new DC and
Stromrichters, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 durch ein Fehlen der Zusatzthyristoren unterscheidet .Converter, which differs from the embodiment shown in FIG. 3 by the absence of additional thyristors.
Fig. 6 zeigt verschiedene Auftragungen von Stromverläufen zur Erläuterung derFig. 6 shows different plots of current profiles to explain the
Funktion des dritten Ausführungsbeispiels des neuen Gleich- und Stromrichters gemäß Fig. 5.Function of the third exemplary embodiment of the new rectifier and converter according to FIG. 5.
Fig. 7 zeigt ein Schaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels des neuen Gleich- undFig. 7 shows a circuit diagram of a fourth embodiment of the new DC and
Stromrichters, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 durch nur ein einziges abschaltbares Halbleiterventil für beide Stromrichtungen unterscheidet.Converter which differs from the exemplary embodiment according to FIG. 5 by only a single semiconductor valve which can be switched off for both current directions.
Fig. 8 zeigt ein Schaltbild eines fünften Ausführungsbeispiels des neuen Gleich- undFig. 8 shows a circuit diagram of a fifth embodiment of the new DC and
Stromrichters in Verbindung mit einer dreiphasigen Wechselstromquelle und einer einen Mittelpunkt aufweisenden Ersatzstromquelle.Power converter in connection with a three-phase alternating current source and a standby alternating current source.
Fig. 9 zeigt ein Schaltbild eines sechsten Ausführungsbeispiels des neuen Gleich- und Stromrichters in Verbindung mit einer dreiphasigen Wechselstromquelle und einer keinen Mittelpunkt aufweisenden Ersatzstromquelle.FIG. 9 shows a circuit diagram of a sixth exemplary embodiment of the new rectifier and converter in connection with a three-phase alternating current source and a non-central substitute current source.
Fig. 10 zeigt verschiedene Auftragungen von Stromverläufen zur Erläuterung der10 shows various plots of current profiles to explain the
Funktion des fünften und sechsten Ausführungsbeispiels des neuen Gleich- und Stromrichters gemäß Fig. 8 bzw. Fig. 9.Function of the fifth and sixth exemplary embodiment of the new rectifier and converter according to FIGS. 8 and 9.
Fig. 11 zeigt ein Schaltbild eines siebten Ausführungsbeispiels des neuen Gleich- undFig. 11 shows a circuit diagram of a seventh embodiment of the new DC and
Stromrichters, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 durch nur ein einziges abschaltbares Halbleiterventil für jede Phase der Wechselstromquelle unterscheidet. FIGURENBESCHREIBUNGConverter, which differs from the exemplary embodiment according to FIG. 9 by only a single semiconductor valve which can be switched off for each phase of the alternating current source. DESCRIPTION OF THE FIGURES
Der in Fig. 1 dargestellte Gleich- und Stromrichter für eine Wechselstromquelle U1 weist zwei Hochsetzsteller mit jeweils einer Stellerdrossel L1 bzw. L2, einem abschaltbaren Halbleiterventil in Form eines Transistors T1 bzw. T2, einer Freilaufdiode D1 bzw. D2 und einer Kapazität in Form eines Kondensators C1 bzw. C2 auf. Die beiden Hochsetzsteller sind für jeweils eine Stromrichtung der einen Phase der einphasigen Wechselstromquelle U1 vorgesehen, die über zwei in entgegengesetzter Orientierung vorgesehene Thyristoren T11 und T12 zu den beiden Hochsetzstellern hin verzweigt ist. Der zweite Anschluss der einphasigen Wechselstromquelle Ui ist mit einem Mittelpunkt M des Ausgangs des Gleich- und Stromrichters verbunden, an dem eine Ausgangsspannung Ud in zwei Hälften Ud,i und Ud,2 über den Kondensatoren C1 und C2 anliegt.The rectifier and converter shown in FIG. 1 for an alternating current source U 1 has two step-up converters, each with a converter choke L1 or L2, a semiconductor valve that can be switched off in the form of a transistor T1 or T2, a free-wheeling diode D1 or D2 and a capacitance in the form a capacitor C1 or C2. The two step-up converters are each provided for a current direction of one phase of the single-phase alternating current source U 1 , which is branched toward the two step-up converters via two thyristors T11 and T12 provided in opposite orientations. The second connection of the single-phase alternating current source Ui is connected to a center point M of the output of the rectifier and converter, at which an output voltage U d is present in two halves Ud, i and U d, 2 via the capacitors C1 and C2.
Der bis hierher beschriebene Aufbau unterscheidet sich von einem bekannten Gleich- und Stromrichter dadurch, dass jeder einzelne Hochsetzsteller eine eigene Stellerdrossel L1 bzw. L2 aufweist und dass statt hier üblicher Dioden die vergleichsweise aufwändigen Thyristoren T11 und T12 verwendet sind, um die eine Phase der Wechselstromquelle U1 zu den beiden Hochsetzstellern zu verzweigen. Hiermit ist aber gleichzeitig die Möglichkeit geschaffen, eine Ersatzstromquelle U2 zum Bereitstellen der Ausgangsspannung Ud zu verwenden. Hierzu sind in Fig. 1 nur zwei weitere Thyristoren T21 und T22 vorgesehen. Diese Thyristoren führen mit gleicher Stromrichtung wie die Thyristoren T11 und T12 zu den Stellerdrosseln L1 und L2. Beim Ausfall der Wechselstromquelle U1iLi kann die Ersatzstromquelle durch Zünden der Thyristoren T21 und T22 zugeschaltet werden, wobei die Thyristoren T11 und T12 automatisch kommutieren und mit Hilfe der Ansteuerung der Transistoren T1 und T2 im Folgenden der benötigte Strom von der Ersatzstromquelle U2 gezogen wird. Gleichzeitig werden die beiden Hochsitzsteller auch dazu verwendet, um die Ausgangsspannung der Ersatzstromquelle U2 auf das gewünschte Niveau der Ausgangsspannung Ud des Gleich- und Stromrichters hochzusetzen. Die beiden Hochsetzsteller können diese Funktion also für beide Stromquellen U-i und U2 ausüben. Damit ist ausschließlich die Steuerung dieser beiden Hochsetzsteller erforderlich, um eine konstante Ausgangsspannung Ud bereitzustellen. Durch eine Regelung der Tastverhältnisse der Transistoren T1 und T2 kann eine Symmetrie der Anteile Ud,i und Udl2 der Ausgangsspannung Ud erreicht werden. Bei dem Ausführungsbeispiel des Gleich- und Stromrichters, das in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine Ersatzstromquelle U2 vorgesehen, die über einen Mittelpunkt verfügt, d.h. die zwei Ausgangsteilspannungen U2|1 und U2,2 bereitstellt. Der Mittelpunkt der Ersatzstromquelle U2 ist dabei mit dem Mittelpunkt M des Ausgangs des Gleich- und Stromrichters verbunden. Diese Verbindung ist auch bei einer Belastung des Mittelpunkts M beispielsweise durch einen nachgeschalteten Wechselrichter möglich.The structure described so far differs from a known rectifier and converter in that each individual step-up converter has its own converter choke L1 or L2 and that instead of the usual diodes, the comparatively complex thyristors T11 and T12 are used, around the one phase of the AC source To branch U 1 to the two step-up converters. However, this also creates the possibility of using an equivalent current source U 2 to provide the output voltage U d . For this purpose, only two further thyristors T21 and T22 are provided in FIG. 1. These thyristors lead in the same current direction as the thyristors T11 and T12 to the actuator chokes L1 and L2. If the alternating current source U 1iL i fails, the equivalent current source can be switched on by firing the thyristors T21 and T22, the thyristors T11 and T12 automatically commutating and with the aid of the actuation of the transistors T1 and T2 the required current is subsequently drawn from the equivalent current source U 2 , At the same time, the two high seat actuators are also used to raise the output voltage of the backup power source U 2 to the desired level of the output voltage U d of the rectifier and converter. The two step-up converters can therefore perform this function for both current sources Ui and U 2 . It is therefore only necessary to control these two step-up converters in order to provide a constant output voltage U d . By regulating the duty cycle of the transistors T1 and T2, a symmetry of the components U d , i and U dl2 of the output voltage U d can be achieved. In the exemplary embodiment of the rectifier and converter, which is shown in FIG. 1, an equivalent current source U 2 is provided which has a center point, ie which provides two partial output voltages U 2 | 1 and U 2 , 2 . The center of the backup power source U 2 is connected to the center M of the output of the rectifier and converter. This connection is also possible when the center M is loaded, for example by a downstream inverter.
In Fig. 2 sind verschiedene Stromverläufe aufgetragen und zwar für die Wechselstromquelle U1, für die beiden Teile U2,i und U2ι2 der Ersatzstromquelle U2 und für die Stellerdrosseln L1 und L2. Dabei liegt Fig. 2 a) ein Normalbetrieb zugrunde, in dem die Energieversorgung ausschließlich durch die Wechselstromquelle U1 erfolgt. Hier ist der von der Wechselstromquelle gezogene Strom lu-i sinusförmig. Die Ströme Iu2,i und Iu2,2 von der Ersatzstromquelle U2 sind null; und die Drosselströme IL1 und IL2 entsprechen den beiden getrennten Halbwellen von Iu1. Bei einem Ersatzbetrieb gemäß Fig. 2 b), in dem beispielsweise bei einem Ausfall der Wechselstromquelle Ui die Stromversorgung durch die Ersatzstromquelle U2 erfolgt, ist der Strom lui null. Die Ersatzströme Iu2,i und Iu2,2 sind konstant. Die Drosselströme IL1 und IL2 entsprechen den Ersatzströmen Iu2,i und Iu2,z Fig. 2 c) skizziert einen Quasiparallelbetrieb beider Ersatzstromquellen, d.h. eine Versorgung des Gleich- und Stromrichters während einer Periode der Wechselstromquelle U1 sowohl mit Energie aus der Wechselstromquelle U1 als auch der Ersatzstromquelle U2. Hier ist der Strom lui sinusförmig aber kleiner als im Normalbetrieb gemäß Fig. 2 a). Die Anteile Iu2,i und Iu2,2 des Ersatzstroms von der Ersatzstromquelle U2 ergänzen die Drosselströme IL1 und IL2 in den Zeiträumen der Periode von Iu1 neben den Halbwellen von lui. Die gesamte Stromversorgung von L1 und L2 setzt sich damit aus Anteilen von beiden Stromquellen U1 und U2 zusammen, deren Größe variiert werden kann. So kann die Energieversorgung sanft von der einen auf die andere Stromquelle überführt werden, ohne dass es zu Sprüngen bei der Leistungsentnahme aus einer der Stromquellen kommt.In Fig. 2 different current profiles are plotted, namely for the alternating current source U 1 , for the two parts U 2, i and U 2ι2 of the backup power source U 2 and for the actuator chokes L1 and L2. 2 a) is based on normal operation, in which the energy is supplied exclusively by the alternating current source U 1 . Here, the current lu-i drawn by the AC source is sinusoidal. The currents Iu2, i and Iu2,2 from the equivalent current source U 2 are zero; and the inductor currents I L1 and I L2 correspond to the two separate half-waves of Iu 1 . In an alternative operation according to FIG. 2 b), in which, for example in the event of a failure of the alternating current source Ui, the power supply is provided by the alternative current source U 2 , the current lui is zero. The equivalent currents Iu2, i and Iu2, 2 are constant. The choke currents I L1 and I L2 correspond to the equivalent currents Iu2, i and Iu2, z. Fig. 2 c) outlines a quasi-parallel operation of both emergency power sources, ie a supply of the rectifier and converter during a period of the alternating current source U 1 with both energy from the alternating current source U 1 and the backup power source U 2 . Here the current is sinusoidal but smaller than in normal operation according to FIG. 2a). The portions Iu2, i and Iu 2.2 of the equivalent current from the equivalent current source U 2 supplement the inductor currents I L1 and I L2 in the periods of the period of Iu 1 in addition to the half-waves of lui. The entire power supply of L1 and L2 is thus composed of portions of both current sources U 1 and U 2 , the size of which can be varied. In this way, the energy supply can be gently transferred from one power source to the other without any jumps in power consumption from one of the power sources.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsbeispiel des neuen Gleich- und Stromrichters, bei dem gegenüber Fig. 1 eine Ersatzstromquelle U2 vorgesehen ist, die zwar auch eine Gleichstromquelle ist, die aber keinen Mittelpunkt aufweist. D.h., sie liefert nur eine einzige Ausgangsspannung U2 und sie ist nicht mit dem Mittelpunkt M des Ausgangs des Gleich- und Stromrichters verbunden. Um dennoch im Wesentlichen dieselben Funktionalitäten wie bei dem Ausführungsbeispiel des Gleich- und Stromrichters gemäß Fig. 1 bereitzustellen, sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 Zusatzthyristoren T211 und T222 vorgesehen, die die Ersatzstromquelle U2 direkt mit dem Ausgang des Gleich- und Stromrichters verbinden. Die Zusatzthyristoren T211 und T222 werden nur für den Quasiparallelbetrieb gemäß Fig. 4 c) benötigt, um den Ersatzstrom lü2 auf die beiden Stellerdrosseln L1 und L2 aufzuteilen. Hierzu wird während der Halbwelle von lui, bei der der Hochsetzsteller L1, T1 , D1 in Betrieb ist, d.h. mit lui gespeist wird, der Zusatzthyristor T222 geschaltet, während der Zusatzthyristor T211 geschaltet wird, wenn während der anderen Halbwelle von lui der Hochsetzsteller L2, T2, D2 in Betrieb ist.FIG. 3 shows an exemplary embodiment of the new rectifier and converter, in which an equivalent current source U 2 is provided compared to FIG. 1, which is also a direct current source but has no center. That is, it supplies only a single output voltage U 2 and it is not connected to the center M of the output of the rectifier and converter. In order to nevertheless provide essentially the same functionalities as in the exemplary embodiment of the rectifier and converter according to FIG. 1, additional thyristors T211 and T222 are provided in the exemplary embodiment according to FIG. 3, which connect the backup current source U 2 directly to the output of the rectifier and converter , The additional thyristors T211 and T222 are only for the Quasi-parallel operation according to FIG. 4 c) is required in order to divide the equivalent current l ü2 between the two actuator chokes L1 and L2. For this purpose, the additional thyristor T222 is switched during the half-wave of lui, in which the step-up converter L1, T1, D1 is in operation, ie is supplied with lui, while the additional thyristor T211 is switched if, during the other half-wave of lui, the step-up converter L2, T2, D2 is in operation.
Das Ausführungsbeispiel des Gleich- und Stromrichters gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von denjenigen gemäß Fig. 3 dadurch, dass die Zusatzthyristoren fehlen, bzw. gegenüber Fig. 1 dadurch, dass die Ersatzstromquelle U2 keinen Mittelpunkt hat. Wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 3 angedeutet, hat dies Auswirkungen auf den Quasiparallelbetrieb, der für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 in Fig. 6c skizziert ist. Hier führt der jeweilige Hochsetzsteller mit zur Wechselstromquelle Ui gezündetem Thyristor nicht nur den Strom lui von der Wechselstromquelle Ui sondern auch den Strom Iu2 von der Ersatzstromquelle U2. Dabei bestimmt der jeweils andere Hochsetzsteller den Strom der Ersatzstromquelle. D.h., die Stellerdrosseln Li und L2 sind bei dem Quasiparallelbetrieb des Ausführungsbeispiels des Gleich- und Stromrichters gemäß Fig. 5 während ihrer Stromversorgung durch die Wechselstromquelle U1 gleichzeitig mit der Ersatzstromquelle U2 verbunden. Um dies zu vermeiden, sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 die Zusatzthyristoren vorgesehen, die die Stellerdrosseln L1 und L2 umgehen.The embodiment of the rectifier and converter according to FIG. 5 differs from that according to FIG. 3 in that the additional thyristors are missing, or in comparison with FIG. 1 in that the equivalent current source U 2 has no center. As already indicated in connection with FIG. 3, this has effects on the quasi-parallel operation, which is outlined for the exemplary embodiment according to FIG. 5 in FIG. 6c. Here, the respective step-up converter with the thyristor ignited to the alternating current source Ui not only carries the current lui from the alternating current source Ui but also the current Iu 2 from the substitute current source U 2 . The other step-up converter determines the current of the backup power source. In other words, in the quasi-parallel operation of the exemplary embodiment of the rectifier and converter according to FIG. 5, the actuator chokes Li and L 2 are simultaneously connected to the backup power source U 2 while they are being supplied by the AC power source U 1 . To avoid this, the additional thyristors are provided in the embodiment according to FIG. 3, which bypass the actuator chokes L1 and L2.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform des neuen Gleich- und Stromrichters für eine einphasige Wechselstromquelle U1, bei der die beiden Hochsetzsteller für die beiden Stromrichtungen der einen Phase der Wechselstromquellen im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 nicht jeweils einen eigenen Transistor T1 bzw. T2 wie in Fig. 1 aufweisen sondern nur einen gemeinsamen Transistor T1. Dafür ist in beiden Hochsetzstellem jeweils eine zusätzliche Diode D11 bzw. D12 vorgesehen. Weil nur der einzige Transistor T1 angesteuert werden muss, ist die Steuerung des neuen Gleich- und Stromrichters in diesem Ausführungsbeispiel zwar vereinfacht, ein Quasiparallelbetrieb der beiden Stromquellen U1 und U2 ist aber nicht möglich. Es kann vielmehr nur direkt zwischen dem Normalbetrieb und dem Ersatzbetrieb umgeschaltet werden, wie er in den Fig. 4 a) und b) bzw. Fig. 6 a) und b) skizziert ist.FIG. 7 shows an embodiment of the new rectifier and converter for a single-phase alternating current source U 1 , in which the two step-up converters for the two current directions of the one phase of the alternating current sources do not each have their own transistor T1 or, in contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 5. T2 as in Fig. 1 but have only a common transistor T1. For this purpose, an additional diode D11 or D12 is provided in each of the two step-up converters. Because only the single transistor T1 has to be controlled, the control of the new rectifier and converter is simplified in this exemplary embodiment, but quasi-parallel operation of the two current sources U1 and U2 is not possible. Rather, it is only possible to switch directly between normal operation and replacement operation, as is sketched in FIGS. 4 a) and b) or 6 a) and b).
Bei der Ersatzstromquelle U2 kann es sich um eine Batterie oder allgemein eine Gleichstromquelle handeln. Es kann sich aber auch um eine Wechselstromquelle handeln. Die Hochsetzsteller mit den separaten Stellerdrosseln L1 und L2 sind diesbezüglich flexibel und nicht auf einen bestimmten Typ von Ersatzstromquelle U2 angewiesen.The backup power source U 2 can be a battery or generally a DC power source. But it can also be an AC power source. The step-up converter with the separate converter chokes L 1 and L 2 are flexible in this regard and do not depend on a specific type of backup power source U 2 .
Dies gilt auch für die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen des Gleich- und Stromrichters für dreiphasige Wechselstromquellen U1. Fig. 8 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des neuen Gleich- und Stromrichters für eine Wechselstromquelle U-i mit drei Phasen U1iLi, U1L|2 und U1iL3. Jede der Phasen ist über zwei Thyristoren T11 und T12 bzw. T13 und T14 bzw. T15 und T16 zu zwei Hochsetzstellern verzweigt. Diese Hochsetzsteller umfassen jeweils eine eigene Stellerdrossel Li, eine eigene Freilaufdiode Di und einen eigenen Transistor Ti. Die jedem Hochsetzsteller- zusätzlich zugeordneten Kapazitäten sind in einem Kondensator C1 für die eine Stromrichtung, der die Hochsetzsteller mit den ungeraden Indizes i zugeordnet sind, und in einem Kondensator C2 für die andere Stromrichtung, der die Hochsetzsteller mit den geraden Indizes i zugeordnet sind, zusammengefasst. Über diesen beiden Kondensatoren C1 und C2 fällt die Ausgangsspannung Ud des Gleich- und Stromrichters ab. Der Sternpunkt der Wechselstromquelle U1 kann mit dem Mittelpunkt M des Ausgangs des Gleich- und Stromrichters verbunden sein. Die Ersatzstromquelle U2, bei der es sich hier vorzugsweise um eine Batterie oder eine andere Gleichstromquelle handelt, ist über insgesamt sechs Thyristoren T21 bis T26 mit jeweils einem der sechs Hochsetztsteller verbunden, um diese alternativ zu der Wechselstromquelle U1 mit Strom zu versorgen. Die Funktion des Gleich- und Stromrichters ist dabei im Prinzip identisch zu derjenigen des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1, wobei in Fig. 8 die Verbindung des Sternpunkts der Wechselstromquelle U-i mit dem Mittelpunkt M des Gleich- und Stromrichters nicht zwingend ist. Weiterhin versteht sich, dass die Gleichspannung am Ausgang des Gleich- und Stromrichters gemäß Fig. 8 aufgrund der Dreiphasigkeit der Wechselstromquelle U1 grundsätzlich konstanter sein wird, als bei den Ausführungsbeispielen mit einphasiger Wechselstromquelle U1 gemäß den Fig. 1, 3, 5 und 7.This also applies to the embodiments of the rectifier and converter for three-phase AC sources U 1 described below. 8 shows a first exemplary embodiment of the new rectifier and converter for an alternating current source Ui with three phases U 1iL i, U 1L | 2 and U 1iL3 . Each of the phases is branched to two step-up converters via two thyristors T11 and T12 or T13 and T14 or T15 and T16. These step-up converters each have their own converter choke Li, their own free-wheeling diode Di and their own transistor Ti. The capacities additionally assigned to each step-up converter are in a capacitor C1 for the one current direction to which the step-up converters with the odd indices i are assigned, and in one Capacitor C2 for the other current direction, to which the step-up converters with the even indices i are assigned, are combined. The output voltage U d of the rectifier and converter drops across these two capacitors C1 and C2. The star point of the alternating current source U 1 can be connected to the center M of the output of the rectifier and converter. The backup power source U 2 , which is preferably a battery or another DC power source, is connected via a total of six thyristors T21 to T26 to each of the six step-up converters in order to supply them with power as an alternative to the AC power source U1. The function of the rectifier and converter is in principle identical to that of the exemplary embodiment according to FIG. 1, the connection of the star point of the alternating current source Ui to the center M of the rectifier and converter not being mandatory in FIG. 8. Furthermore, it goes without saying that the DC voltage at the output of the rectifier and converter according to FIG. 8 will in principle be more constant due to the three-phase nature of the AC power source U 1 than in the exemplary embodiments with a single-phase AC power source U 1 according to FIGS. 1, 3, 5 and 7 ,
Das in Fig. 9 gezeigte Ausführungsbeispiel des Gleich- und Stromrichters ist gegenüber demjenigen gemäß Fig. 8 ausschließlich dahingehend abgewandelt, dass die Ersatzstromquelle U2 gemäß Fig. 9 keinen Mittelpunkt aufweist, der mit dem Mittelpunkt M des Ausgangs des Gleich- und Stromrichters verbunden wäre. Dies hat auf die im folgenden erläuterte Funktion dieser beiden Ausführungsbeispiele aufgrund der Mehrzahl der Hochsetzsteller je Stromrichtung keine wesentliche Auswirkung. Zudem könnte auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 der Sternpunkt der Wechselstromquelle U1 mit dem Mittelpunkt M des Gleich- und Stromrichters verbunden werden.The exemplary embodiment of the rectifier and converter shown in FIG. 9 is modified from that according to FIG. 8 only in that the equivalent current source U 2 according to FIG. 9 has no center that would be connected to the center M of the output of the rectifier and converter , This has no significant effect on the function of these two exemplary embodiments explained below due to the plurality of step-up converters in each current direction. In addition, could also at 9, the star point of the alternating current source U 1 is connected to the center M of the rectifier and converter.
Fig. 10 zeigt den Verlauf des Stroms IUI,L.I einer Phase der Wechselstromquelle U1, des gesamten Ersatzstroms IU2 von der Ersatzstromquelle sowie der Drosselströme Iu und IL2, die der Phase Ui,L2 zugeordnet sind, für die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 8 und 9. Dabei sind wieder a) der Normalbetrieb, b) der Ersatzbetrieb und c) der Quasiparallelbetrieb separat skizziert. Der Normalbetrieb, in dem die Stellerdrosseln L1 und L2 über die Wechselstromquelle U1 versorgt werden, unterscheidet sich nicht von dem Normalbetrieb bei der einphasigen Wechselstromquelle gemäß Fig. 2. Der Ersatzbetrieb gemäß Fig. 10 b) weist insoweit einen Unterschied zu dem Ersatzbetrieb gemäß Fig. 2 b) auf, als dass hier nur ein Drittel des Ersatzstroms IU2 auf die Drosselströme Iu und IL2 entfällt, da hier insgesamt paarweise je drei Drosseln L1 bis L6 den Strom führen. Im Quasiparallelbetrieb gemäß Fig. 10 c) ist ein Unterschied zu Fig. 2 c) dahingehend zu erkennen, dass sich die 120°-Blöcke, um die die Drosselströme lu neben den Halbwellen des sinusförmigen Stroms IUI,LI ergänzt sind, zu einem konstanten Ersatzstrom Iu2 aufsummieren. Die 120°-Blöcke sind synchron zu den Phasen der Wechselstromquelle um 120° zueinander phasenversetzt. Während in dem Ersatzbetrieb gemäß Fig. 10 b) der Ersatzstrom Iu2 zu jedem Zeitpunkt auf die jeder Phase der Wechselstromquelle U1 zugeordneten Stellerdrossel aufgedrittelt wird, weist jeder der 120°-Blöcke des Ersatzstroms Iu2, die in die Drosselströme Li eingehen, jeweils die volle Stromstärke des Ersatzstroms Iu2 auf.10 shows the profile of the current IUI, L .I of a phase of the alternating current source U 1 , of the total equivalent current I U2 from the equivalent current source and of the inductor currents Iu and I L 2, which are assigned to the phase Ui, L2 , for the exemplary embodiments according to 8 and 9. Again, a) normal operation, b) replacement operation and c) quasi-parallel operation are outlined separately. The normal operation, in which the actuator chokes L1 and L2 are supplied via the alternating current source U 1 , does not differ from the normal operation in the single-phase alternating current source according to FIG. 2. The equivalent operation according to FIG. 10 b) differs in this respect from the equivalent operation according to FIG 2 b) that only a third of the equivalent current I U2 is attributable to the inductor currents Iu and I L2 , since here a total of three inductors L1 to L6 each carry the current. In the quasi-parallel operation according to FIG. 10 c), a difference to FIG. 2 c) can be seen in that the 120 ° blocks by which the inductor currents l u are added in addition to the half-waves of the sinusoidal current IU I , L I add up a constant equivalent current Iu 2 . The 120 ° blocks are 120 ° out of phase with each other in synchronism with the phases of the AC power source. 10 b) the substitute current Iu 2 is divided at any time onto the actuator choke assigned to each phase of the alternating current source U 1 , each of the 120 ° blocks of the substitute current Iu 2 , which are included in the choke currents Li, each have the full current of the backup current Iu 2 .
Bei dem Ausführungsbeispiel des Gleich- und Stromrichters gemäß Fig. 11 ist gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 und analog zu dem einphasigen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 die Zahl der Transistoren bei den Hochsetzstellem halbiert, und es sind stattdessen zusätzliche Dioden D11 bis D16 vorgesehen, so dass jeweils ein Paar von Hochsetzstellem, die einer Phase der Wechselstromquelle U1 zugeordnet sind, mit einem Transistor T1 bzw. T3 bzw. T5 auskommt. Auch bei den dreiphasigen Ausführungsbeispielen des neuen Gleich- und Stromrichters hat dies zur Folge, dass ein Quasiparallelbetrieb der beiden Stromquellen U-i und U2 gemäß Fig. 10 c) nicht möglich ist. In the exemplary embodiment of the rectifier and converter according to FIG. 11, the number of transistors in the step-up converters is halved compared to the exemplary embodiment according to FIG. 9 and analogously to the single-phase exemplary embodiment according to FIG. 7, and additional diodes D11 to D16 are provided instead, so that a pair of step-up converters, which are assigned to a phase of the alternating current source U1, manage with a transistor T1 or T3 or T5. Even with the three-phase exemplary embodiments of the new rectifier and converter, this has the consequence that quasi-parallel operation of the two current sources Ui and U 2 according to FIG. 10 c) is not possible.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Gleich- und Stromrichter für eine Wechselstromquelle, der für beide Stromrichtungen jeweils einen Hochsetzsteller aufweist, wobei jeder Hochsetzsteller eine Stellerdrossel, ein abschaltbares Halbleiterventil, eine Freilaufdiode und eine Kapazität umfasst und wobei die Hochsetzsteller an einen einen Mittelpunkt aufweisenden Gleichspannungsausgang angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Hochsetzsteller eine eigene Stellerdrossel (Li) aufweist, die über einen Umschalter mit fester Stromrichtung wahlweise an die Wechselstromquelle (U-O und an eine Ersatzstromquelle (U2) anschließbar ist.1. Rectifier and converter for an alternating current source, which has a step-up converter for each current direction, each step-up converter comprising a converter choke, a semiconductor valve which can be switched off, a freewheeling diode and a capacitor, and the step-up converters are connected to a DC voltage output having a center point that each step-up converter has its own converter choke (Li), which can be connected to the AC power source (UO and a backup power source (U 2 ) via a changeover switch with a fixed current direction.
2. Gleich- und Stromrichter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jeder Umschalter zwei elektronische Schalter mit einer Stromrichtung aufweist, die die gleiche Orientierung zur Stellerdrossel (Li) aufweisen.2. Rectifier and converter according to claim 1, characterized in that each changeover switch has two electronic switches with a current direction, which have the same orientation to the actuator choke (Li).
3. Gleich- und Stromrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Schalter Thyristoren (Tji) sind.3. Rectifier and converter according to claim 2, characterized in that the electronic switches are thyristors (Tji).
4. Gleich- und Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das abschaltbare Halbleiterventil jedes Hochsetzstellers ein Transistor (Ti) ist.4. Rectifier and converter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the semiconductor valve which can be switched off of each step-up converter is a transistor (Ti).
5. Gleich- und Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Hochsetzsteller ein eigenes abschaltbares Halbleiterventil aufweist.5. Rectifier and converter according to one of claims 1 to 4, characterized in that each step-up converter has its own switchable semiconductor valve.
6. Gleich- und Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel- oder Sternpunkt der Wechselstromquelle (U1) und/oder der Ersatzstromquelle (U2) an den Mittelpunkt (M) des Gleichstromanschlusses angeschlossen ist.6. Rectifier and converter according to one of claims 1 to 5, characterized in that a center or star point of the AC power source (U 1 ) and / or the backup power source (U 2 ) is connected to the center point (M) of the DC connection.
7. Gleich- und Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass kein Mittel- oder Sternpunkt der Wechselstromquelle (U1) oder der Ersatzstromquelle (U2) an den Mittelpunkt des Gleichspannungsausgangs angeschlossen ist. 7. rectifier and converter according to one of claims 1 to 5, characterized in that no center or star point of the AC power source (U 1 ) or the backup power source (U 2 ) is connected to the center of the DC voltage output.
8. Verwendung eines Gleich- und Stromrichters nach Anspruch 5 oder nach einem der auf Anspruch 5 rückbezogenen Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterventile der Hochsetzsteller so angesteuert werden, dass eine an dem Gleichspannungsausgang ausgegebene Gleichspannung symmetrisch zu dessen Mittelpunkt (M) ist.8. Use of a rectifier and converter according to claim 5 or one of claims 6 and 7, which is dependent on claim 5, characterized in that the semiconductor valves of the step-up converters are controlled such that a direct voltage output at the direct voltage output is symmetrical to its center point (M) is.
9. Verwendung eines Gleich- und Stromrichters nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschalter die Stellerdrossel (Li) jedes Hochsetzstellers in einem ersten Betriebsmodus dauerhaft an die Wechselstromquelle (U1) und in einem zweiten Betriebsmodus dauerhaft an die Ersatzstromquelle (U2) anschließt.9. Use of a rectifier and converter according to one of claims 1 to 7, characterized in that the changeover switch sets the choke (Li) of each step-up converter in a first operating mode permanently to the AC power source (U1) and in a second operating mode permanently to the backup power source ( U 2 ) connects.
10. Verwendung eines Gleich- und Stromrichters nach Anspruch 5 oder nach einem der auf Anspruch 5 rückbezogenen Ansprüche 6 und 7, wobei sechs Hochsetzsteller für eine dreiphasige Wechselstromquelle vorgesehen sind und wobei die Ersatzstromquelle eine Gleichstromquelle ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalter der Hochsetzsteller für eine Stromrichtung die Stellerdrosseln (Li) in einem Pulsbetrieb nacheinander für begrenzte Zeiträume an die Ersatzstromquelle (U2) anschließen.10. Use of a rectifier and converter according to claim 5 or according to one of claims 5 and 7, wherein six step-up converters are provided for a three-phase alternating current source and the substitute current source is a direct current source, characterized in that the changeover switch of the step-up converter for one direction of current connect the actuator chokes (Li) one after the other in pulsed mode for limited periods of time to the backup power source (U 2 ).
11. Verwendung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalter der Hochsetzsteller für eine Stromrichtung die Stellerdrosseln (Li) in dem Pulsbetrieb für aufeinanderfolgende Drittel der Periode der Wechselstromquelle (U-i) an die Ersatzstromquelle (U2) anschließen, wobei in jedem Drittel der Periode eine gleiche Menge an Energie aus der Ersatzstromquelle (U2) entnommen wird.11. Use according to claim 11, characterized in that the changeover switch of the step-up converter for one current direction connect the converter chokes (Li) in pulsed operation for successive thirds of the period of the alternating current source (Ui) to the substitute current source (U 2 ), in each third of which Period an equal amount of energy is taken from the backup power source (U 2 ).
12. Verwendung eines Gleich- und Stromrichters nach Anspruch 5 oder nach einem der auf Anspruch 5 rückbezogenen Ansprüche 6 und 7 oder Verwendung nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Umschalter jedes Hochsetzstellers in einem Quasiparallelbetrieb die Stellerdrossel (Li) in voneinander abgegrenzten Zeiträumen innerhalb einer Periode der Wechselstromquelle (U1) wechselweise an die Wechselstromquelle (U-i) und die Ersatzstromquelle (U2) anschließt, so dass innerhalb der Periode der Wechselstromquelle (U1) sowohl der Wechselstromquelle (U1) als auch der Ersatzstromquelle (U2) Energie entnommen wird. 12. Use of a rectifier and converter according to claim 5 or one of claims 6 and 7 or use according to claim 10 or 11, characterized in that the changeover switch of each step-up converter in quasi-parallel operation delimits the converter choke (Li) from one another Periods within a period of the AC power source (U 1 ) alternately connects to the AC power source (Ui) and the backup power source (U 2 ), so that within the period of the AC power source (U 1 ) both the AC power source (U 1 ) and the backup power source (U 2 ) Energy is extracted.
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