WO2020182532A1 - Inverter having a plurality of dc/ac converters and a common sinusoidal filter, and energy generation installation having such an inverter - Google Patents

Inverter having a plurality of dc/ac converters and a common sinusoidal filter, and energy generation installation having such an inverter Download PDF

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WO2020182532A1
WO2020182532A1 PCT/EP2020/055497 EP2020055497W WO2020182532A1 WO 2020182532 A1 WO2020182532 A1 WO 2020182532A1 EP 2020055497 W EP2020055497 W EP 2020055497W WO 2020182532 A1 WO2020182532 A1 WO 2020182532A1
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inverter
phase
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input
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Klaus Rigbers
Dirk Hermeling
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Sma Solar Technology Ag
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    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0064—Magnetic structures combining different functions, e.g. storage, filtering or transformation

Definitions

  • the invention relates to an inverter with several DC / AC converters which are connected on the output side to a common sinusoidal filter.
  • the invention also relates to a power generation system with such an inverter.
  • Inverters that are used to convert larger powers often include several DC / AC converters that are connected on the output side to one output of the inverter. On the input side, the DC / AC converters can be connected to a shared or separate DC voltage source. The entire power flow of the inverter is thus divided among the power flows through the individual DC / AC converters, whose phase conductors are each connected to a common phase connection of the inverter.
  • the DC / AC converters include semiconductor switches which, depending on the power, are usually clocked at a frequency of 3 kHz to 150 kHz. The converted sinusoidal alternating voltage is therefore initially superimposed by an undesired clock-frequency interference signal.
  • inverters To filter the clock-frequency interference signal, inverters usually contain a so-called sine filter, which is usually designed as an LC filter or as an LCL filter and includes inductive and capacitive components.
  • the required installation space as well as the costs of a sinusoidal filter scale with the output of the DC / AC converter. It is therefore desirable to make the sine filter as compact as possible.
  • a circulating current between the DC / AC converters is reduced as much as possible, ideally completely suppressed.
  • One means of suppressing the circulating current is synchronous clocking of semiconductor switches in the individual DC / AC converters. However, the synchronous clocking leads to an increased clock frequency interference signal at the phase connections of the inverter due to superposition.
  • an inductor arrangement with at least three magnetic loops arranged next to one another in a row is known. Each of the magnetic loops is assigned at least one winding.
  • the magnetic loops are formed by individual and shared core elements. Each of the individual core elements is part of only one of the magnetic loops, while each of the common core elements is part of two adjacent magnetic loops.
  • the document WO 2017 063889 A1 discloses a three-phase inverter with two half-bridges clocked out of phase with one another for each phase connection of the inverter, which are connected on the output side to the common phase connection via an inductor arrangement.
  • the inductor arrangement comprises a magnetic core with a middle leg and three phase legs, which are each magnetically connected to the middle leg by an upper bridge and a lower bridge.
  • a center point of each phase leg is magnetically connected to a center point of the center leg via a shunt element with a gap.
  • An upper and a lower inductor coil are arranged on each phase leg.
  • a second connection of the upper inductor coil and a third connection of the lower inductor coil are connected to a common phase connection.
  • a first connection of the upper inductor coil is connected to the output of the first half-bridge, a fourth output of the lower inductor coil is connected to the output of the second half-bridge.
  • the upper and lower inductor coils of a phase leg have opposite winding directions from a connection connected to the half-bridge in the direction of a connection connected to the phase connection.
  • One design of the inductor arrangement is star-shaped and extended in all three dimensions.
  • the invention is based on the object of specifying an inverter with several DC / AC converters and a sinusoidal filter with the most compact and inexpensive design possible.
  • a design that is as flat as possible is to be specified for a throttle arrangement of the sinusoidal filter, which is as small as possible in at least one dimension. It is also an object of the invention to provide a power generation system with such an inverter. solution
  • the object is achieved with an inverter having the features of independent claim 1.
  • Advantageous embodiments of the inverter are given in claims 2 to 18.
  • the object of showing a power generation system with such an inverter is achieved with the features of the independent claim 19.
  • An inverter is designed and set up for converting direct voltage of at least one direct voltage source into alternating voltage and comprises:
  • each phase connection is electrically connected to a corresponding phase conductor of each DC / AC converter via an inductor winding of the inductor arrangement.
  • the inverter is characterized in that the choke arrangement has m * n choke windings and a magnetic core with n transverse webs and two outer longitudinal webs. On each of the n transverse webs, m inductor windings are arranged next to one another. Those of the m * n inductor windings that are connected to the same phase connection are each arranged on the same transverse web.
  • the magnetic core includes one or more inner longitudinal webs.
  • the inner longitudinal webs each run between inductor windings and arranged next to one another on the transverse webs connect the n cross webs there.
  • the magnetic core can comprise m-1 inner longitudinal webs, where m corresponds to the number of DC / AC converters.
  • a choke winding can only have one turn, but it usually contains several turns.
  • at least the inductor windings arranged on the same of the transverse webs have the same winding direction starting from their first connection, which is connected to one of the phase conductors of one of the DC / AC converters, in the direction of their second connection, which is connected to the respective phase connection of the inverter around the same of the transverse webs.
  • all inductor windings even if they are arranged on different transverse webs, have the same winding direction, starting from their respective first connection, which is connected to one of the phase conductors of one of the DC / AC converters, in the direction of their respective second connection that is connected to the respective phase connection of the inverter.
  • the invention uses the effect that, when the inverter is in operation, all magnetic fluxes that are assigned to the same phase connection of the inverter are structurally superimposed within the corresponding transverse web.
  • the various transverse webs are connected to one another on the one hand via the two outer longitudinal webs and on the other hand via the one or more inner longitudinal webs. If the magnetic core has a total of m-1 inner longitudinal webs, the various transverse webs are connected to one another on the one hand via the two outer longitudinal webs and on the other hand via the m-1 inner longitudinal webs.
  • the internal longitudinal webs provide a path for a magnetic flux, which results from an asymmetrical load on the phase connections and / or from asymmetrical or uneven power flows through the DC / AC converter.
  • the internal longitudinal web or the internal longitudinal webs thus also allow a non-symmetrical load condition of the inverter, both with regard to one Power flow through each of its phase connections as well as with regard to the power flows through its DC / AC converter.
  • This asymmetrical load condition which occurs with different power flows over each of the phase connections and / or over each of the DC / AC converters, cannot, at least not sufficiently, be guaranteed with a magnetic core without internal longitudinal webs. Rather, a magnetic core without internal longitudinal webs allows only a slight deviation - if at all - from an idealized symmetrical load condition.
  • the idealized symmetrical load condition only occurs relatively sporadically in normal operation of the inverter, a restriction to only this load condition would be extremely disadvantageous for the use of the inverter.
  • the effect of the internal longitudinal webs on the distribution of the magnetic fluxes within the magnetic core and their change in the event of an asymmetrical load condition of the inverter is explained in more detail below.
  • the symmetrical load condition is assumed and then generalized to an asymmetrical load condition.
  • the symmetrical load condition is characterized by the same power flow through each of the DC / AC converters and by a symmetrical or the same power flow over the individual phase connections of the inverter.
  • the required equality of the power flows through each of the DC / AC converters relates to a time average value over at least one period of the alternating voltage.
  • an equal mean value of the power flow is meant, which results from a time averaging over a period of the alternating voltage.
  • the technical effect is exemplified using a design that has a total of m-1 such internal longitudinal webs.
  • an inner longitudinal web is arranged between each two inductor windings which are arranged on the same of the transverse webs.
  • the magnetic flux in the inner longitudinal webs can now be determined assuming the symmetrical power flow prevailing in the specific operating mode.
  • this idealized case results in complete extinction of the magnetic flux in the internal Longitudinal bars. This is due to the fact that partial magnetic fluxes of adjacent inductor windings, which are arranged on the same one of the transverse webs, are destructively superimposed within each inner longitudinal web.
  • the magnetic partial flows of adjacent inductor windings in each of the inner longitudinal webs are equal and opposite in terms of amount, which is why they extinguish themselves there completely. Since there is practically no magnetic flux in the internal longitudinal webs, the internal longitudinal webs can be completely omitted - at least for the specific operating mode that is assigned to the symmetrical load condition. In the event of a transition to a non-symmetrical load condition of the inverter, which is characterized by different power flows via the individual phase connections and / or via the various DC / AC converters, the partial magnetic fluxes in the inner longitudinal webs change.
  • the above considerations can also be applied to a magnetic core with one or more, but less than m-1, inner longitudinal webs.
  • the unbalanced load that can still be tolerated with regard to the power flows may turn out to be lower and possibly only be limited to certain phase connections. However, it is often still sufficient.
  • the magnetic core, the choke arrangement and thus also the entire sinusoidal filter of the inverter are extremely compact and inexpensive.
  • the magnetic core of the Due to the design, the throttle arrangement can be designed in such a way that it extends along a plane, while a dimension running perpendicular to the plane can, however, be designed to be significantly smaller. This is advantageous for installation in a housing of the inverter. Overall, the inverter housing that accommodates the sinusoidal filter can thus also be kept correspondingly compact and there is not only a significant weight saving, but also a significant cost saving for the inverter.
  • the inverter can have at least one further input with two input connections for connecting a further DC voltage source.
  • the other input is connected to one of the DC / AC converters.
  • the further DC voltage source can be different from the DC voltage source.
  • the further direct voltage source can, however, also be the direct voltage source which is already connected to the input of the inverter.
  • none, one or each of the input connections of the input can be connected to a corresponding input connection of the further input. This enables different DC voltage sources, one of which is connected to the input and another of which is connected to the further input, to be operated either independently of one another, with the same ground potential or also connected in parallel to one another.
  • At least one of the input connections of the input is preferably connected to a corresponding input connection of the further input
  • the inverter has several further inputs, in particular m further inputs, where m corresponds to the number of DC / AC converters of the inverter.
  • each of the inputs is connected to a different one of the DC / AC converters.
  • one or each of the input connections of the input can be connected to a corresponding input connection of one or more further inputs.
  • the internal longitudinal webs can be designed to be significantly smaller in terms of their cross-section compared to the external longitudinal webs, since they are in operation of the Inverter also contain a destructive superimposition of magnetic partial flows from adjacent inductor windings.
  • the outer longitudinal webs can be designed with a larger cross section relative to the inner longitudinal webs. Even for operating modes of the inverter that have different power flows through the individual DC / AC converters and / or different power flows over the individual phase connections on average over time, there is still significant material savings in a design of the throttle arrangement due to the small inner longitudinal webs .
  • the magnetic core thus has a cross-shaped pattern of transverse webs and longitudinal webs crossing at right angles in a plan view on its plane.
  • adjacent transverse webs and adjacent longitudinal webs together enclose rectangular meshes as cavities.
  • the magnetic core can in principle be constructed in one piece.
  • the magnetic core is constructed in several pieces.
  • Each of the transverse webs can be constructed from several segments, in particular from m segments.
  • each of the inner longitudinal webs, optionally also each of the outer longitudinal webs can be made up of several segments.
  • each of the transverse webs is made up of several segments; gaps can be arranged between the segments of the transverse webs and the external longitudinal webs and / or between the segments of the transverse webs and the internal longitudinal webs. Alternatively or cumulatively, it is possible for gaps to be arranged in an area of the transverse webs that is covered by the inductor windings.
  • a gap is always to be understood here as a magnetic gap. This can be an air gap, but also a gap that is filled with a non-ferromagnetic material of low permeability.
  • the magnet core can have an additional transverse web on which no inductor winding is arranged.
  • the additional transverse web can be arranged on an outer edge or between two transverse webs provided with inductor windings, that is to say away from an outer edge of the throttle arrangement.
  • the magnetic core can also have two have additional transverse webs on which no inductor winding is arranged.
  • the additional transverse webs can be arranged on opposite outer edges of the throttle arrangement.
  • one of the additional transverse webs, optionally also each of the two additional transverse webs is arranged between two transverse webs provided with inductor windings.
  • a power output or a power consumption of one of the DC / AC converters can differ by at least 10% of a nominal power of the relevant DC / AC converter from a power output or power consumption of another of the DC / AC converters.
  • Each of the DC / AC converters can also be designed as a three-phase DC / AC converter with three phase conductors.
  • the inverter can be designed and set up as a unidirectionally operating or as a bidirectionally operating inverter.
  • the inverter comprises a controller which is designed and set up to clock the m DC / AC converters with the same switching frequency, but with a phase shift from one another within one switching period. In this way, a voltage ripple as an interference signal at the phase connections of the inverter is largely reduced.
  • the inductor windings can be wound directly onto the magnetic core.
  • the magnetic core can have an area covered by the inductor winding Have protective layer made of insulating material.
  • the inductor windings can have a wire-shaped, film-shaped, band-shaped or litz-shaped electrical conductor.
  • a ribbon-shaped electrical conductor is similar in terms of its cross section to a foil-shaped electrical conductor, but has a greater thickness and thus a larger cross-sectional area with the same width.
  • a film-shaped or ribbon-shaped electrical conductor is particularly advantageous with regard to a higher current carrying capacity.
  • each of the phase connections can be connected to one connection of a capacitor, while the other connection of the capacitor is connected to an input-side intermediate circuit of at least one of the DC / AC converters.
  • the second connection of the capacitor can either be connected to the negative pole or to the positive pole of the intermediate circuit.
  • the second connection of the capacitor With a divided intermediate circuit, it is also possible for the second connection of the capacitor to be connected to a center point of the intermediate circuit.
  • each of the phase connections of the inverter be connected to one connection of m capacitors, while the other connection of the m capacitors is connected to an input-side intermediate circuit of a different one of the DC / AC converters.
  • m denotes the number of DC / AC converters in the inverter.
  • a power generation system contains an inverter according to the invention and at least one DC voltage source connected to the inverter on the input side.
  • the at least one DC voltage source can be a photovoltaic (PV) generator and / or a Include battery.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an inverter according to the invention with a sinusoidal filter comprising a choke arrangement
  • FIG. 2a shows a first embodiment of a throttle arrangement of a
  • FIG. 1 an embodiment of an inverter 1 according to the invention is shown.
  • the inverter 1 comprises, for example, an input 2a and two further inputs 2b, 2c, each with two input connections.
  • the inverter 1 has a multi-phase output 9 with a total of three phase connections U, V, W.
  • Each of the inputs 2a, 2b, 2c is in each case via an intermediate circuit 8.1 - 8.3 with one of several - here: three - DC / AC converters
  • the three DC / AC converters 3.1 - 3.3 are controlled by a controller 7 of the inverter 1.
  • the controller 7 generates, in particular, clock signals for semiconductor switches of the DC / AC converters 3.1-3.3.
  • Each of the DC / AC converters 3.1-3.3 has a three-phase design and has three phase conductors 4.1-4.3 at its output.
  • Each of the phase conductors 4.1-4.3 is connected to a corresponding one of the phase connections U, V, W via a choke 1 1.1.1-1.3.3 of a choke arrangement 10. In this way, each of the phase connections U, V, W of the inverter 1 is always via one of the chokes
  • an AC load break switch 5 is arranged, which is suitable for connecting the phase connections U, V, W of outputs of the DC / AC converter 3.1
  • one input connection of the input 2a can be connected to a corresponding input connection of one or both further inputs 2b, 2c.
  • direct voltage sources that are connected to the input 2a and the further inputs 2b, 2c can be operated with a common reference potential.
  • each of the two input connections of the input 2a is connected to a corresponding input connection of the further inputs 2b, 2c.
  • DC voltage sources connected to inputs 2a, 2b, 2c can be operated in parallel with one another.
  • the optional connection of one or two input connections is shown in FIG. 1 by a dashed line.
  • the DC voltage sources that are connected to the inputs 2a, 2b, 2c can be rechargeable batteries or photovoltaic generators (not shown in FIG. 1).
  • the inverter 1 can in principle be operated bidirectionally, that is to say capable of converting a direct voltage into an alternating voltage and, conversely, an alternating voltage into a direct voltage.
  • semiconductor switches of the DC / AC converters 3.1-3.3 are clocked via the controller 7 using a PWM method.
  • the different DC / AC converters 3.1-3.3 are clocked out of phase (interleaved).
  • the semiconductor switches of the first DC / AC converter 3.1 are set with a phase offset of 0, those of the second DC / AC converter 3.2 with a phase offset of 2/3 p, and those of the third DC / AC Converter 3.3 clocked with a phase offset of 4/3 p.
  • the phase offset of a period of 2p is divided between the 3 total DC / AC converters 3.1-3.3. Staggered through the phases
  • the DC / AC converters 3.1-3.3 are activated, a voltage ripple at each of the phase connections U, V, W is minimized.
  • the choke arrangement 10 and the capacitors 6 form a sinusoidal filter of the inverter 1 that is common to all DC / AC converters 3.1-3.3.
  • the sinusoidal filter attenuates clock-frequency harmonic interference signals that are present in addition to the sinusoidal useful signal on the phase conductors 4.1 - 4.3 of the DC / AC converters 3.1 - 3.3 and result from the clocked switching of the semiconductor switches.
  • the sinusoidal filter, in particular the choke arrangement 10 is able to significantly dampen circulating currents between the different DC / AC converters 3.1-3.3.
  • the throttle arrangement 10 is also compact and inexpensive to manufacture.
  • FIG. 2a shows a first embodiment of a choke arrangement 10 which is designed for use in a sinusoidal filter of the inverter 1 according to the invention according to FIG. 1.
  • the throttle arrangement 10 contains a magnetic core 12 which runs in one plane and which comprises three transverse webs 13.1-13.3, two outer longitudinal webs 14 and two inner longitudinal webs 15.
  • the transverse webs 13.1-13.3 form (when looking at the plane of the magnetic core 12) together with the outer 14 and inner longitudinal webs 15 a cross-like pattern.
  • a total of six rectangular meshes 19 are surrounded by parts of the longitudinal 14, 15 and transverse webs 13.1-13.3.
  • Each of the transverse webs 13.1-13.3 comprises 3 segments 16.1-16.3.
  • inductor windings 11.1.1-1.3.3 are applied to each of the transverse webs 13.1-13.3, in particular on their segments 16.1-16.3. Those of the inductor windings 11.1.1-1.3.3 which are located on the same of the transverse webs 13.1-13.3 are each assigned to a specific one of the phase connections U, V, W of the inverter 1. In contrast, those of the inductor windings 1 1.1.1-1.3.3 which are arranged on different transverse webs 13.1-13.3 are assigned to different phase connections U, V, W of the inverter 1. Specifically, in the case shown in FIG.
  • the inductor windings 11.1.1, 1 1.2.1, 1 1.3.1 arranged one below the other on the left are connected to the three phase conductors 4.1 of the first DC / AC converter 3.1.
  • the middle choke windings 11.1.2, 1 1.2.2, 1 1.3.2 arranged one below the other are connected to the three phase conductors 4.2 of the second DC / AC converter 3.2 and the choke windings 1 1.1.3, 11.2.3, 1 1.3 arranged one below the other on the right. 3 are with the three phase conductors 4.3 of the third DC / AC converter 3.3 connected.
  • choke windings 1 1.1.1 - 1 1.3.3 arranged one below the other on different transverse webs 13.1 - 13.3 are in each case the same one of the DC / AC converters 3.1 - 3.3 and choke windings 1 1.1.1 - arranged in rows next to one another on the same cross webs 13.1 - 13.3 1 1.3.3 each assigned to the same of the phase connections U, V, W of the inverter 1.
  • the magnetic core 12 of the throttle arrangement 10 in particular each of the longitudinal webs 14, 15 and the segments 16.1-16.3 of the transverse webs 13.1-13.3, can be constructed from a sintered powder material or a sheet metal stack.
  • the magnetic core 12 When assembled, the magnetic core 12 has its longitudinal webs 14, 15 and transverse webs 13.1-13.3 magnetically acting gaps 18.
  • the gaps 18 are arranged between the outer longitudinal webs 14 and the segments of the transverse webs 13.1-13.3, as well as between the inner longitudinal webs 15 and the segments of the transverse webs 13.1-13.3.
  • it is possible that magnetic gaps are also arranged in areas of the transverse webs 13.1-13.3 covered by the choke windings 1 1.1.1-1.1 3.3.
  • partial magnetic fluxes result which are generated by each of the inductor windings 1 1.1.1-1.3.3 in accordance with the current currently flowing through the respective inductor winding 11.1.1-1.3.3.
  • a controller 7 of the inverter 1 can now clock the semiconductor switches of the DC / AC converters 3.1-3.3 so that those of the inductor windings 1.1.1-1.3.3 which are arranged on the same crosspiece 13.1-13.3 and thus also the same of the Phase connections U, V, W are assigned, are also flowed through at the same times by an equally large or a similarly large current.
  • the resulting magnetic partial fluxes are illustrated schematically in FIG.
  • the inner longitudinal webs 15 can be designed with a significantly smaller cross section than the outer longitudinal webs 14. This results in significant material, space and cost savings for the choke arrangement 10 and thereby also for the inverter 1 containing the choke arrangement 10.
  • FIG. 2b shows a second embodiment of a choke arrangement 10 which is suitable for use in a sinusoidal filter of the inverter 1 according to the invention according to FIG. 1. Only differences from the first embodiment of the throttle arrangement 10 are explained below. In the case of the same or similar elements, reference is made to the explanation for FIG. 2a.
  • the second embodiment additionally contains a further transverse web 17 on which no choke winding is arranged.
  • the outer 14 and inner longitudinal webs 15 are made longer relative to the first embodiment according to FIG. 2a.
  • the further transverse web 17 is arranged on an outer edge of the throttle arrangement 10 and there connects the outer 14 longitudinal webs and the inner longitudinal webs 15 of the throttle arrangement 10 to one another.
  • the further transverse web 17 enables a greater degree of freedom with asymmetrical operation of the DC / AC converters 3.1-3.3 and / or the phase connections U, V, W of the inverter 1.
  • the power flows can flow through the individual DC / AC converters 3.1 - 3.3 differentiate more strongly.
  • the power flows via the phase connections U, V, W of the inverter 1 can also differ more from one another.
  • the further transverse web 17 limits the choke arrangement 10 to the outside, it protects the choke windings 1.1.1-1.3.3 running under it from mechanical damage that could occur, for example, when the inverter 1 is assembled.
  • the further transverse web 17, which is free of a choke winding is between two cross webs 13.1-13.3 provided with choke windings 1 1.1.1-1.3.3, and thus in an inner region of the choke arrangement 10, is arranged.
  • FIG. 2c A third embodiment of the throttle arrangement 10 is illustrated in FIG. 2c. Relative to the second embodiment according to FIG. 2b, the outer longitudinal webs 14 and the inner longitudinal webs 15 are made even longer.
  • the choke arrangement 10 in FIG. 2c now has a total of two further transverse webs 17, on each of which none of the choke windings 11.1.1-1.3.3 is arranged.
  • the further transverse webs 17 are arranged on opposite outer edges of the throttle arrangement 10. This again results in a greater degree of freedom relative to the embodiment according to FIG. 2b with regard to asymmetrical operation of the DC / AC converters 3.1-3.3 and the phase connections U, V, W of the inverter 1.
  • inductor windings 11.1.1-1 1.1.3 and 1.1.3.1-1.3.3, which are arranged below the further transverse webs 17, are at least partially protected from mechanical damage.
  • one of the two further transverse webs 17, optionally also each of the two further transverse webs 17, is each arranged between two transverse webs 13.1-13.3, which are equipped with inductor windings 1 1.1.1 - 1 1.3.3 are provided.

Abstract

The application describes an inverter (1) for converting DC voltage from at least one DC voltage source into AC voltage, comprising: - an input (2a) having two input connections for connecting the DC voltage source, - a multiphase output (9) having n>1 phase connections (U, V, W), - a plurality m>1 of multiphase DC/AC converters (3.1-3.m) each having n phase conductors (4.1-4.n), and - a sinusoidal filter which is shared by each of the DC/AC converters (3.1-3.m) and has an inductor arrangement (10). Each phase connection (U, V, W) is connected to one corresponding phase conductor (4.1-4.n) of each DC/AC converter (3.1-3.m) via an inductor winding (11.1.1-11.n.m) of the inductor arrangement (10). For this purpose, the inductor arrangement (10) has m*n inductor windings (11.1.1-11.n.m) and a magnetic core (12) with n transverse webs (13.1-13.n), two outer longitudinal webs (14) and one or more inner longitudinal webs (15). m inductor windings (11.1.1-11.n.m) are arranged beside one another on each of the n transverse webs (13.1-13.n). In this case, those inductor windings (11.1.1-11.n.m) which are connected to the same phase connection (U, V, W) are also each arranged on the same transverse web (13.1-13.n). In addition, all inductor windings (11.1.1-11.n.m) arranged on the same one of the transverse webs (13.1-13.n) each have, starting from the first connection thereof which is connected to a phase conductor (4.1-4.n) of one of the DC/AC converters (3.1-3.n), an identical winding sense around the same one of the transverse webs (13.1-13.n) in the direction of the second connection thereof which is connected to one of the phase connections (U, V, W). The invention further relates to an energy generation installation having such an inverter (1).

Description

WECHSELRICHTER MIT MEHREREN DC/AC-WANDLERN UND EINEM GEMEINSAMEN SINUSFILTER UND ENERGIEERZEUGUNGSANLAGE MIT EINEM DERARTIGEN WECHSELRICHTER INVERTER WITH SEVERAL DC / AC CONVERTERS AND A COMMON SINE FILTER AND POWER GENERATION SYSTEM WITH SUCH INVERTER
Technisches Gebiet der Erfindung Technical field of the invention
Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter mit mehreren DC/AC-Wandlern, die ausgangsseitig an einen gemeinsamen Sinusfilter angeschlossen sind. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Energieerzeugungsanlage mit einem derartigen Wechselrichter. The invention relates to an inverter with several DC / AC converters which are connected on the output side to a common sinusoidal filter. The invention also relates to a power generation system with such an inverter.
Stand der Technik State of the art
Wechselrichter, die zur Wandlung größerer Leistungen eingesetzt werden, umfassen oftmals mehrere DC/AC-Wandler, die ausgangsseitig gemeinsam an einen Ausgang des Wechselrichters angeschlossen sind. Eingangsseitig können die DC/AC-Wandler an eine gemeinsame, oder an jeweils separate Gleichspannungsquellen angeschlossen sein. Der gesamte Leistungsfluss des Wechselrichters wird somit auf die Leistungsflüsse durch die einzelnen DC/AC-Wandler aufgeteilt, deren Phasenleiter jeweils mit einem gemeinsamen Phasenanschluss des Wechselrichters verbunden sind. Zur Wandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung umfassen die DC/AC-Wandler Halbleiterschalter, die je nach Leistung üblicherweise mit einer Frequenz von 3 kHz bis 150 kHz getaktet werden. Der gewandelten sinusförmigen Wechselspannung ist daher zunächst ein unerwünschtes taktfrequentes Störsignal überlagert. Zur Filterung des taktfrequenten Störsignales beinhalten Wechselrichter üblicherweise einen sogenannten Sinusfilter, der üblicherweise als LC-Filter oder als LCL-Filter ausgebildet ist und induktive und kapazitive Komponenten umfasst. Ein erforderlicher Bauraum wie auch die Kosten eines Sinusfilters skalieren mit der Leistung des DC/AC-Wandlers. Daher ist es gewünscht, den Sinusfilter möglichst kompakt zu realisieren. Bei der ausgangsseitigen Verbindung von mehreren DC/AC-Wandlern ist zudem gewünscht, dass ein zirkulierender Strom zwischen den DC/AC-Wandlern untereinander möglichst reduziert, idealerweise vollständig unterdrückt wird. Ein Mittel zur Unterdrückung des zirkulierenden Stroms ist eine synchrone Taktung von Halbleiterschaltern der einzelnen DC/AC-Wandler. Die synchrone Taktung führt jedoch durch Überlagerung zu einem erhöhten taktfrequenten Störsignal an den Phasenanschlüssen des Wechselrichters. Aus der Schrift WO 2013 170 906 A1 ist eine Induktoranordnung mit mindestens drei nebeneinander in einer Reihe angeordneten Magnetschleifen bekannt. Jeder der Magnetschleifen ist mindestens eine Wicklung zugeordnet. Die Magnetschleifen werden durch individuelle und gemeinsame Kernelemente gebildet. Dabei ist jedes der individuellen Kernelemente jeweils Teil lediglich einer der Magnetschleifen, während jedes der gemeinsamen Kernelemente jeweils Teil zweier benachbarter Magnetschleifen ist. Inverters that are used to convert larger powers often include several DC / AC converters that are connected on the output side to one output of the inverter. On the input side, the DC / AC converters can be connected to a shared or separate DC voltage source. The entire power flow of the inverter is thus divided among the power flows through the individual DC / AC converters, whose phase conductors are each connected to a common phase connection of the inverter. To convert a direct voltage into an alternating voltage, the DC / AC converters include semiconductor switches which, depending on the power, are usually clocked at a frequency of 3 kHz to 150 kHz. The converted sinusoidal alternating voltage is therefore initially superimposed by an undesired clock-frequency interference signal. To filter the clock-frequency interference signal, inverters usually contain a so-called sine filter, which is usually designed as an LC filter or as an LCL filter and includes inductive and capacitive components. The required installation space as well as the costs of a sinusoidal filter scale with the output of the DC / AC converter. It is therefore desirable to make the sine filter as compact as possible. When connecting several DC / AC converters on the output side, it is also desirable that a circulating current between the DC / AC converters is reduced as much as possible, ideally completely suppressed. One means of suppressing the circulating current is synchronous clocking of semiconductor switches in the individual DC / AC converters. However, the synchronous clocking leads to an increased clock frequency interference signal at the phase connections of the inverter due to superposition. From the document WO 2013 170 906 A1 an inductor arrangement with at least three magnetic loops arranged next to one another in a row is known. Each of the magnetic loops is assigned at least one winding. The magnetic loops are formed by individual and shared core elements. Each of the individual core elements is part of only one of the magnetic loops, while each of the common core elements is part of two adjacent magnetic loops.
Die Schrift WO 2017 063889 A1 offenbart einen dreiphasigen Wechselrichter mit jeweils zwei phasenversetzt zueinander getakteten Halbbrücken für jeden Phasenanschluss des Wechselrichters, die ausgangsseitig über eine Induktoranordnung mit dem gemeinsamen Phasenanschluss verbunden sind. Die Induktoranordnung umfasst einen Magnetkern mit einem mittleren Schenkel und drei Phasenschenkeln, die jeweils mit dem Mittelschenkel durch eine obere Brücke und eine untere Brücke magnetisch verbunden sind. Ein Mittelpunkt jedes Phasenschenkels ist magnetisch mit einem Mittelpunkt des Mittelschenkels über ein Nebenschlusselement mit einem Spalt verbunden. Auf jedem Phasenschenkel ist eine obere und eine untere Induktorspule angeordnet. Ein zweiter Anschluss der oberen Induktorspule und ein dritter Anschluss der unteren Induktorspule sind mit einem gemeinsamen Phasenanschluss verbunden. Ein erster Anschluss der oberen Induktorspule ist mit dem Ausgang der ersten Halbbrücke, ein vierter Ausgang der unteren Induktorspule ist mit dem Ausgang der zweiten Halbbrücke verbunden. Die obere und die untere Induktorspule eines Phasenschenkels weisen von einem mit der Halbbrücke verbundenen Anschluss in Richtung zu einem mit dem Phasenanschluss verbundenen Anschluss entgegengesetzte Wicklungsrichtungen auf. Eine Bauform der Induktoranordnung ist sternförmig und in allen drei Dimensionen ausgedehnt. The document WO 2017 063889 A1 discloses a three-phase inverter with two half-bridges clocked out of phase with one another for each phase connection of the inverter, which are connected on the output side to the common phase connection via an inductor arrangement. The inductor arrangement comprises a magnetic core with a middle leg and three phase legs, which are each magnetically connected to the middle leg by an upper bridge and a lower bridge. A center point of each phase leg is magnetically connected to a center point of the center leg via a shunt element with a gap. An upper and a lower inductor coil are arranged on each phase leg. A second connection of the upper inductor coil and a third connection of the lower inductor coil are connected to a common phase connection. A first connection of the upper inductor coil is connected to the output of the first half-bridge, a fourth output of the lower inductor coil is connected to the output of the second half-bridge. The upper and lower inductor coils of a phase leg have opposite winding directions from a connection connected to the half-bridge in the direction of a connection connected to the phase connection. One design of the inductor arrangement is star-shaped and extended in all three dimensions.
Aufgabe der Erfindung Object of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wechselrichter mit mehreren DC/AC-Wandlern und einem Sinusfilter mit möglichst kompakter und kostengünstiger Bauform anzugeben. Insbesondere soll dabei eine möglichst ebene Bauform für eine Drosselanordnung des Sinusfilters angegeben werden, die zumindest in einer Dimension möglichst gering aufbaut. Es ist zudem Aufgabe der Erfindung, eine Energieerzeugungsanlage mit einem derartigen Wechselrichter aufzuzeigen. Lösung The invention is based on the object of specifying an inverter with several DC / AC converters and a sinusoidal filter with the most compact and inexpensive design possible. In particular, a design that is as flat as possible is to be specified for a throttle arrangement of the sinusoidal filter, which is as small as possible in at least one dimension. It is also an object of the invention to provide a power generation system with such an inverter. solution
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Wechselrichter mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Wechselrichters sind in den Ansprüchen 2 bis 18 wiedergegeben. Die Aufgabe, eine Energieerzeugungsanlage mit einem derartigen Wechselrichter aufzuzeigen, wird mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 19 gelöst. According to the invention, the object is achieved with an inverter having the features of independent claim 1. Advantageous embodiments of the inverter are given in claims 2 to 18. The object of showing a power generation system with such an inverter is achieved with the features of the independent claim 19.
Beschreibung der Erfindung Description of the invention
Ein erfindungsgemäßer Wechselrichter ist zur Umwandlung von Gleichspannung mindestens einer Gleichspannungsquelle in Wechselspannung ausgelegt und eingerichtet und umfasst: An inverter according to the invention is designed and set up for converting direct voltage of at least one direct voltage source into alternating voltage and comprises:
einen Eingang mit zwei Eingangsanschlüssen zum Anschluss der Gleichspannungsquelle, one input with two input connections for connecting the DC voltage source,
einen mehrphasigen Ausgang mit n (wobei n>1 ) Phasenanschlüssen, eine Mehrzahl m (mit m>1 ) mehrphasiger DC/AC-Wandler mit jeweils n Phasenleitern, a multi-phase output with n (where n> 1) phase connections, a plurality of m (with m> 1) multi-phase DC / AC converters with n phase conductors each,
und einen von jedem der DC/AC-Wandler gemeinsam genutzten, eine Drosselanordnung (10) aufweisenden Sinusfilter. Dabei ist jeder Phasenanschluss mit jeweils einem korrespondierenden Phasenleiter jedes DC/AC-Wandlers über eine Drosselwicklung der Drosselanordnung elektrisch verbunden. Der Wechselrichter ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselanordnung m*n Drosselwicklungen und einen Magnetkern mit n Querstegen und zwei äußeren Längsstegen aufweist. Auf jedem der n Querstege sind m Drosselwicklungen nebeneinander angeordnet. Dabei sind diejenigen der m*n Drosselwicklungen, die mit demselben Phasenanschluss verbunden sind, jeweils auf demselben Quersteg angeordnet. Dabei weisen alle auf demselben der Querstege angeordneten Drosselwicklungen ausgehend von einem ersten Anschluss, der mit einem der Phasenleiter eines der DC/AC-Wandler verbunden ist, in Richtung eines zweiten Anschlusses, der mit einem der Phasenanschlüsse des Wechselrichters verbunden ist, den gleichen Wicklungssinn auf. Zusätzlich zu den äußeren Längsstegen umfasst der Magnetkern einen oder mehrere innere Längsstege. Dabei verlaufen die innenliegenden Längsstege jeweils zwischen nebeneinander auf den Querstegen angeordneten Drosselwicklungen und verbinden dort die n Querstege miteinander. Insbesondere kann der Magnetkern m-1 innere Längsstege umfassen, wobei m der Anzahl der DC/AC-Wandler entspricht. and a sinusoidal filter having a choke arrangement (10) which is shared by each of the DC / AC converters. Each phase connection is electrically connected to a corresponding phase conductor of each DC / AC converter via an inductor winding of the inductor arrangement. The inverter is characterized in that the choke arrangement has m * n choke windings and a magnetic core with n transverse webs and two outer longitudinal webs. On each of the n transverse webs, m inductor windings are arranged next to one another. Those of the m * n inductor windings that are connected to the same phase connection are each arranged on the same transverse web. All inductor windings arranged on the same of the transverse webs have the same winding direction starting from a first connection, which is connected to one of the phase conductors of one of the DC / AC converters, in the direction of a second connection, which is connected to one of the phase connections of the inverter . In addition to the outer longitudinal webs, the magnetic core includes one or more inner longitudinal webs. The inner longitudinal webs each run between inductor windings and arranged next to one another on the transverse webs connect the n cross webs there. In particular, the magnetic core can comprise m-1 inner longitudinal webs, where m corresponds to the number of DC / AC converters.
Eine Drosselwicklung kann lediglich eine Windung aufweisen, üblicherweise beinhaltet sie jedoch mehrere Windungen. Erfindungsgemäß weisen zumindest die auf demselben der Querstege angeordneten Drosselwicklungen ausgehend von ihrem ersten Anschluss, der mit einem der Phasenleiter eines der DC/AC-Wandler verbunden ist, in Richtung ihres zweiten Anschlusses, der mit dem jeweiligen Phasenanschluss des Wechselrichters verbunden ist, den gleichen Wicklungssinn um denselben der Querstege auf. Vorteilhafterweise können jedoch alle Drosselwicklungen, auch wenn sie auf unterschiedlichen Querstegen angeordnet sind, einen gleichen Wicklungssinn aufweisen, und zwar ausgehend von ihrem jeweils ersten Anschluss, der mit einem der Phasenleiter eines der DC/AC-Wandler verbunden ist, in Richtung ihres jeweils zweiten Anschlusses, der mit dem jeweiligen Phasenanschluss des Wechselrichters verbundenen ist. Daraus, dass diejenigen der m*n Drosselwicklungen, die mit demselben Phasenanschluss verbunden sind, jeweils auf demselben Quersteg angeordnet sind, folgt unmittelbar, dass diejenigen der m*n Drosselwicklungen, die mit einem unterschiedlichen der Phasenanschlüsse verbunden sind, auch jeweils auf unterschiedlichen Querstegen angeordnet sind. A choke winding can only have one turn, but it usually contains several turns. According to the invention, at least the inductor windings arranged on the same of the transverse webs have the same winding direction starting from their first connection, which is connected to one of the phase conductors of one of the DC / AC converters, in the direction of their second connection, which is connected to the respective phase connection of the inverter around the same of the transverse webs. Advantageously, however, all inductor windings, even if they are arranged on different transverse webs, have the same winding direction, starting from their respective first connection, which is connected to one of the phase conductors of one of the DC / AC converters, in the direction of their respective second connection that is connected to the respective phase connection of the inverter. From the fact that those of the m * n choke windings that are connected to the same phase connection are each arranged on the same crossbar, it follows immediately that those of the m * n choke windings that are connected to a different one of the phase connections are also each arranged on different crossbars are.
Die Erfindung nutzt den Effekt, dass sich im Betrieb des Wechselrichters alle magnetischen Flüsse, die demselben Phasenanschluss des Wechselrichters zugeordnet sind, innerhalb des entsprechenden Quersteges konstruktiv überlagern. Eine Verbindung der verschiedenen Querstege untereinander erfolgt einerseits über die zwei äußeren Längsstege und andererseits über den einen oder die mehreren inneren Längsstege. Weist der Magnetkern insgesamt m-1 innere Längsstege auf, so erfolgt die Verbindung der verschiedenen Querstege untereinander einerseits über die zwei äußeren und andererseits über die m-1 inneren Längsstege. Dabei stellen die innenliegenden Längsstege einen Pfad für einen magnetischen Fluss bereit, der aus einer unsymmetrischen Belastung der Phasenanschlüsse und/oder aus unsymmetrischen oder ungleichen Leistungsflüssen durch die DC/AC-Wandler resultiert. Abhängig von ihrem Querschnitt erlaubt der innen liegende Längssteg beziehungsweise erlauben die innen liegenden Längsstege somit auch einen nicht symmetrischen Belastungszustand des Wechselrichters, sowohl hinsichtlich eines Leistungsflusses über jeden seiner Phasenanschlüsse als auch hinsichtlich der Leistungsflüsse durch seine DC/AC-Wandler. Dieser unsymmetrische Belastungszustand, der bei unterschiedlichen Leistungsflüssen über jeden der Phasenanschlüsse und/oder über jeden der DC/AC-Wandler auftritt, kann bei einem Magnetkern ohne innere Längsstege nicht, zumindest jedoch nicht ausreichend, gewährleistet werden. Vielmehr erlaubt ein Magnetkern ohne innenliegende Längsstege - wenn überhaupt - nur eine geringfügige Abweichung von einem idealisierten symmetrischen Belastungszustand. Da der idealisierte symmetrische Belastungszustand jedoch im üblichen Betrieb des Wechselrichters nur relativ vereinzelt auftritt, wäre eine Beschränkung auf lediglich diesen Belastungszustand extrem nachteilig für den Einsatz des Wechselrichters. The invention uses the effect that, when the inverter is in operation, all magnetic fluxes that are assigned to the same phase connection of the inverter are structurally superimposed within the corresponding transverse web. The various transverse webs are connected to one another on the one hand via the two outer longitudinal webs and on the other hand via the one or more inner longitudinal webs. If the magnetic core has a total of m-1 inner longitudinal webs, the various transverse webs are connected to one another on the one hand via the two outer longitudinal webs and on the other hand via the m-1 inner longitudinal webs. The internal longitudinal webs provide a path for a magnetic flux, which results from an asymmetrical load on the phase connections and / or from asymmetrical or uneven power flows through the DC / AC converter. Depending on their cross-section, the internal longitudinal web or the internal longitudinal webs thus also allow a non-symmetrical load condition of the inverter, both with regard to one Power flow through each of its phase connections as well as with regard to the power flows through its DC / AC converter. This asymmetrical load condition, which occurs with different power flows over each of the phase connections and / or over each of the DC / AC converters, cannot, at least not sufficiently, be guaranteed with a magnetic core without internal longitudinal webs. Rather, a magnetic core without internal longitudinal webs allows only a slight deviation - if at all - from an idealized symmetrical load condition. However, since the idealized symmetrical load condition only occurs relatively sporadically in normal operation of the inverter, a restriction to only this load condition would be extremely disadvantageous for the use of the inverter.
Der Effekt der innenliegenden Längsstege auf die Verteilung der magnetischen Flüsse innerhalb des Magnetkerns und deren Änderung bei einem unsymmetrischen Belastungszustand des Wechselrichters wird im Folgenden näher erläutert. Dabei wird zunächst von dem symmetrischen Belastungszustand ausgegangen und danach auf einen unsymmetrischen Belastungszustand verallgemeinert. Der symmetrische Belastungszustand ist durch einen gleichen Leistungsfluss durch jeden der DC/AC-Wandler und durch einen symmetrischen bzw. gleichen Leistungsfluss über die einzelnen Phasenanschlüsse des Wechselrichters gekennzeichnet. Dabei bezieht sich die geforderte Gleichheit der Leistungsflüsse durch jeden der DC/AC- Wandler jeweils auf einen zeitlichen Mittelwert über zumindest eine Periodendauer der Wechselspannung. Gleiches gilt für den symmetrischen oder gleichen Leistungsfluss über die Phasenanschlüsse des Wechselrichters. Auch hier ist damit ein gleicher Mittelwert des Leistungsflusses gemeint, der sich aus einer zeitlichen Mittelung über eine Periodendauer der Wechselspannung ergibt. The effect of the internal longitudinal webs on the distribution of the magnetic fluxes within the magnetic core and their change in the event of an asymmetrical load condition of the inverter is explained in more detail below. Initially, the symmetrical load condition is assumed and then generalized to an asymmetrical load condition. The symmetrical load condition is characterized by the same power flow through each of the DC / AC converters and by a symmetrical or the same power flow over the individual phase connections of the inverter. The required equality of the power flows through each of the DC / AC converters relates to a time average value over at least one period of the alternating voltage. The same applies to the symmetrical or the same power flow via the phase connections of the inverter. Here, too, an equal mean value of the power flow is meant, which results from a time averaging over a period of the alternating voltage.
Der technische Effekt wird exemplarisch an einer Bauform erläutert, die insgesamt m-1 derartige innenliegende Längsstege aufweist. In diesem Fall ist also zwischen jeweils zwei Drosselwicklungen, die auf demselben der Querstege angeordnet sind, ein innerer Längssteg angeordnet. Für eine derartige Bauform kann man nun den magnetischen Fluss in den innenliegenden Längsstegen unter Annahme des in dem bestimmten Betriebsmodus herrschenden symmetrischen Leistungsflusses ermitteln. Wie auch in Verbindung mit Fig. 2a erläutert, ergibt sich für diesen idealisierten Fall eine vollständige Auslöschung des magnetischen Flusses in den innenliegenden Längsstegen. Diese rührt daher, dass sich magnetische Teilflüsse benachbarter Drosselwicklungen, die auf dem gleichen der Querstege angeordnet sind, innerhalb jedes innenliegenden Längssteges destruktiv überlagern. In dem bestimmten Betriebsmodus, bei dem nun gleiche Leistungsflüsse durch jeden der DC/AC- Wandler und symmetrische oder gleiche Leistungsflüsse der einzelnen Phasenanschlüsse relativ zueinander vorliegen, sind die magnetischen Teilflüsse benachbarter Drosselwicklungen in jedem der innen liegenden Längsstege betragsmäßig gleich und entgegen gerichtet, weswegen sie sich dort vollständig auslöschen. Da in den innenliegenden Längsstegen somit faktisch kein magnetischer Fluss vorhanden ist, können die innenliegenden Längsstege - zumindest für den bestimmten Betriebsmodus, der dem symmetrischen Belastungszustand zugeordnet ist, gänzlich entfallen. Bei einem Übergang zu einem nicht symmetrischen Belastungszustand des Wechselrichters, der durch unterschiedliche Leistungsflüsse über die einzelnen Phasenanschlüsse und/oder über die verschiedenen der DC/AC- Wandler gekennzeichnet ist, ändern sich die magnetischen Teilflüsse in den inneren Längsstegen. Obwohl weiterhin eine destruktive Überlagerung der magnetischen Teilflüsse in den inneren Längsstegen vorliegt, sind die einzelnen Teilflüsse nun jedoch betragsmäßig unterschiedlich. Daher findet keine vollständige Auslöschung, sondern lediglich eine Schwächung des jeweils stärkeren der magnetischen Teilflüsse statt. Effektiv ergibt sich somit ein resultierender magnetischer Fluss in den inneren Längsstegen. Dieser ist jedoch aufgrund der weiterhin vorliegenden destruktiven Überlagerung der magnetischen Teilflüsse benachbarter Drosseln auf demselben der Querstege deutlich geringer ausgeprägt, als der magnetische Fluss, der sich in dem normalen Betrieb des Wechselrichters in den äußeren Längsstegen ergibt. Aufgrund des schwächeren magnetischen Flusses in den inneren Längsstegen können diese verglichen mit den äußeren Längsstegen mit deutlich geringerem Querschnitt und daher deutlich kompakter ausgelegt werden. Die oben genannten Überlegungen lassen sich auch auf einen Magnetkern mit einem oder mehreren, aber weniger als m-1 inneren Längsstegen übertragen. Die noch tolerierbare unsymmetrische Belastung hinsichtlich der Leistungsflüsse mag zwar geringer ausfallen und gegebenenfalls nur auf bestimmte Phasenanschlüsse begrenzt sein. Oftmals ist sie jedoch noch ausreichend. Der Magnetkern, die Drosselanordnung und somit auch der gesamte Sinusfilter des Wechselrichters werden extrem kompakt und kostengünstig. Zudem kann der Magnetkern der Drosselanordnung bauformbedingt so gestaltet werden, dass er sich entlang einer Ebene erstreckt, während eine senkrecht zu der Ebene verlaufende Dimension dagegen deutlich kleiner ausgelegt werden kann. Dies ist vorteilhaft für den Einbau in ein Gehäuse des Wechselrichters. Insgesamt kann damit auch das den Sinusfilter aufnehmende Gehäuse des Wechselrichters, entsprechend kompakt gehalten werden und es ergibt sich nicht nur eine deutliche Gewichts-, sondern auch eine signifikante Kostenersparnis für den Wechselrichter. The technical effect is exemplified using a design that has a total of m-1 such internal longitudinal webs. In this case, an inner longitudinal web is arranged between each two inductor windings which are arranged on the same of the transverse webs. For such a design, the magnetic flux in the inner longitudinal webs can now be determined assuming the symmetrical power flow prevailing in the specific operating mode. As also explained in connection with FIG. 2a, this idealized case results in complete extinction of the magnetic flux in the internal Longitudinal bars. This is due to the fact that partial magnetic fluxes of adjacent inductor windings, which are arranged on the same one of the transverse webs, are destructively superimposed within each inner longitudinal web. In the specific operating mode, in which the same power flows through each of the DC / AC converters and symmetrical or the same power flows of the individual phase connections are present relative to one another, the magnetic partial flows of adjacent inductor windings in each of the inner longitudinal webs are equal and opposite in terms of amount, which is why they extinguish themselves there completely. Since there is practically no magnetic flux in the internal longitudinal webs, the internal longitudinal webs can be completely omitted - at least for the specific operating mode that is assigned to the symmetrical load condition. In the event of a transition to a non-symmetrical load condition of the inverter, which is characterized by different power flows via the individual phase connections and / or via the various DC / AC converters, the partial magnetic fluxes in the inner longitudinal webs change. Although there is still a destructive superimposition of the magnetic partial flows in the inner longitudinal webs, the individual partial flows are now different in terms of amount. Therefore, there is no complete extinction, but only a weakening of the stronger of the magnetic partial fluxes. This effectively results in a resulting magnetic flux in the inner longitudinal webs. However, due to the destructive superimposition of the magnetic partial fluxes of adjacent chokes on the same of the transverse webs, this is significantly less pronounced than the magnetic flux that results in the outer longitudinal webs during normal operation of the inverter. Due to the weaker magnetic flux in the inner longitudinal webs, these can be designed with a significantly smaller cross-section and therefore much more compact than the outer longitudinal webs. The above considerations can also be applied to a magnetic core with one or more, but less than m-1, inner longitudinal webs. The unbalanced load that can still be tolerated with regard to the power flows may turn out to be lower and possibly only be limited to certain phase connections. However, it is often still sufficient. The magnetic core, the choke arrangement and thus also the entire sinusoidal filter of the inverter are extremely compact and inexpensive. In addition, the magnetic core of the Due to the design, the throttle arrangement can be designed in such a way that it extends along a plane, while a dimension running perpendicular to the plane can, however, be designed to be significantly smaller. This is advantageous for installation in a housing of the inverter. Overall, the inverter housing that accommodates the sinusoidal filter can thus also be kept correspondingly compact and there is not only a significant weight saving, but also a significant cost saving for the inverter.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Wechselrichter mindestens einen weiteren Eingang mit zwei Eingangsanschlüssen zum Anschluss einer weiteren Gleichspannungsquelle aufweisen. Dabei ist der weitere Eingang mit einem der DC/AC-Wandler verbunden. Die weitere Gleichspannungsquelle kann von der Gleichspannungsquelle verschieden sein. Bei der weiteren Gleichspannungsquelle kann es sich jedoch auch um die Gleichspannungsquelle handeln, die bereits an den Eingang des Wechselrichters angeschlossen ist. Bei dem Wechselrichter kann keiner, jeweils einer oder jeder der Eingangsanschlüsse des Eingangs mit jeweils einem korrespondierenden Eingangsanschluss des weiteren Eingangs verbunden sein. Hierdurch wird ermöglicht, dass auch unterschiedliche Gleichspannungsquellen, von denen eine an den Eingang und eine andere an den weiteren Eingang angeschlossenen sind, entweder unabhängig voneinander, mit einem gleichen Massepotential oder auch zueinander parallelgeschaltet betrieben werden können. Bevorzugt ist mindestens einer der der Eingangsanschlüsse des Eingangs mit jeweils einem korrespondierenden Eingangsanschluss des weiteren Eingangs verbunden In an advantageous embodiment, the inverter can have at least one further input with two input connections for connecting a further DC voltage source. The other input is connected to one of the DC / AC converters. The further DC voltage source can be different from the DC voltage source. The further direct voltage source can, however, also be the direct voltage source which is already connected to the input of the inverter. In the case of the inverter, none, one or each of the input connections of the input can be connected to a corresponding input connection of the further input. This enables different DC voltage sources, one of which is connected to the input and another of which is connected to the further input, to be operated either independently of one another, with the same ground potential or also connected in parallel to one another. At least one of the input connections of the input is preferably connected to a corresponding input connection of the further input
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der Wechselrichter mehrere weitere Eingänge, insbesondere m weitere Eingänge aufweist, wobei m der Anzahl der DC/AC-Wandlern des Wechselrichters entspricht. Im letzteren Fall ist jeder der Eingänge mit einem unterschiedlichen der DC/AC-Wandler verbunden. Auch in einem derartigen Fall können jedoch keiner, jeweils einer oder jeder der Eingangsanschlüsse des Eingangs mit jeweils einem korrespondierenden Eingangsanschluss von einem oder mehreren weiteren Eingängen verbunden sein. It is within the scope of the invention that the inverter has several further inputs, in particular m further inputs, where m corresponds to the number of DC / AC converters of the inverter. In the latter case, each of the inputs is connected to a different one of the DC / AC converters. Even in such a case, however, none, in each case one or each of the input connections of the input can be connected to a corresponding input connection of one or more further inputs.
In einer Ausführungsform des Wechselrichters können die innenliegenden Längsstege im Vergleich zu den außenliegenden Längsstegen hinsichtlich ihres Querschnittes deutlich geringer ausgelegt werden, da sie ja im Betrieb des Wechselrichters weiterhin eine destruktive Überlagerung von magnetischen Teilflüssen benachbarter Drosselwicklungen enthalten. Somit können die außenliegenden Längsstege relativ zu den innenliegenden Längsstegen mit einem größeren Querschnitt ausgeführt sein. Auch für Betriebsmodi des Wechselrichters, die im zeitlichen Mittel unterschiedliche Leistungsflüsse durch die einzelnen DC/AC- Wandler und/oder unterschiedliche Leistungsflüsse über die einzelnen Phasenanschlüsse aufweisen, ergibt sich aufgrund der gering zu dimensionierenden inneren Längsstege immer noch eine signifikante Materialersparnis in einer Auslegung der Drosselanordnung. In one embodiment of the inverter, the internal longitudinal webs can be designed to be significantly smaller in terms of their cross-section compared to the external longitudinal webs, since they are in operation of the Inverter also contain a destructive superimposition of magnetic partial flows from adjacent inductor windings. Thus, the outer longitudinal webs can be designed with a larger cross section relative to the inner longitudinal webs. Even for operating modes of the inverter that have different power flows through the individual DC / AC converters and / or different power flows over the individual phase connections on average over time, there is still significant material savings in a design of the throttle arrangement due to the small inner longitudinal webs .
Zusammen mit den äußeren und inneren Längsstegen, sowie den Querstegen weist der Magnetkern in einer Draufsicht auf dessen Ebene somit ein kreuzförmliches Muster von sich rechtwinklig kreuzenden Querstegen und Längsstegen auf. Dabei schließen benachbarten Querstegen und benachbarten Längsstege zusammen rechteckige Maschen als Hohlräume ein. Der Magnetkern kann prinzipiell einstückig aufgebaut sein. Für eine Herstellung der Drosselanordnung und ein Aufbringen der Drosselwicklungen ist es jedoch vorteilhaft, wenn der Magnetkern mehrstückig ausgebildet ist. Dabei kann jeder der Querstege aus mehreren Segmenten, insbesondere aus m Segmenten aufgebaut sein. Alternativ oder kumulativ kann jeder der inneren Längsstege, optional auch jeder der äußeren Längsstege, aus mehreren Segmenten aufgebaut sein. In einer Ausführungsform, bei der jeder der Querstege aus mehreren Segmenten aufgebaut ist; können Spalte zwischen den Segmenten der Querstege und den außenliegenden Längsstegen und/oder zwischen den Segmenten der Querstege und den innenliegenden Längsstegen angeordnet sein. Alternativ oder kumulativ ist es möglich, dass Spalte in einem von den Drosselwicklungen überdeckten Bereich der Querstegen angeordnet sind. Unter einem Spalt ist hier stets ein magnetischer Spalt zu verstehen. Dabei kann es sich sowohl um einen Luftspalt, aber auch um einen Spalt handeln, der mit einem nicht ferromagnetischen Material niedriger Permeabilität gefüllt ist. Together with the outer and inner longitudinal webs, as well as the transverse webs, the magnetic core thus has a cross-shaped pattern of transverse webs and longitudinal webs crossing at right angles in a plan view on its plane. Here, adjacent transverse webs and adjacent longitudinal webs together enclose rectangular meshes as cavities. The magnetic core can in principle be constructed in one piece. For the production of the choke arrangement and the application of the choke windings, however, it is advantageous if the magnetic core is constructed in several pieces. Each of the transverse webs can be constructed from several segments, in particular from m segments. Alternatively or cumulatively, each of the inner longitudinal webs, optionally also each of the outer longitudinal webs, can be made up of several segments. In one embodiment, in which each of the transverse webs is made up of several segments; gaps can be arranged between the segments of the transverse webs and the external longitudinal webs and / or between the segments of the transverse webs and the internal longitudinal webs. Alternatively or cumulatively, it is possible for gaps to be arranged in an area of the transverse webs that is covered by the inductor windings. A gap is always to be understood here as a magnetic gap. This can be an air gap, but also a gap that is filled with a non-ferromagnetic material of low permeability.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Magnetkern einen zusätzlichen Quersteg aufweisen, auf dem keine Drosselwicklung angeordnet ist. Dabei kann der zusätzliche Quersteg an einem Außenrand oder zwischen zwei mit Drosselwicklungen versehenen Querstegen, also abseits eines Außenrandes der Drosselanordnung angeordnet sein. Alternativ dazu kann der Magnetkern auch zwei zusätzliche Querstege aufweisen, auf denen keine Drosselwicklung angeordnet ist. Dabei können die zusätzlichen Querstege an gegenüberliegenden Außenrändern der Drosselanordnung angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass einer der zusätzlichen Querstege, gegebenenfalls auch jeder der beiden zusätzlichen Querstege, jeweils zwischen zwei mit Drosselwicklungen versehenen Querstegen angeordnet ist. In jeder der Anordnungen ergibt sich ein größerer Freiheitsgrad für einen unsymmetrischen Betrieb des Wechselrichters, sowohl in Bezug auf eine unterschiedliche Leistungsentnahme an den Phasenanschlüssen des Wechselrichters als auch hinsichtlich unterschiedlicher Leistungsflüsse durch die einzelnen DC/AC-Wandler des Wechselrichters. In einer Ausführungsform des Wechselrichters kann sich eine Leistungsabgabe oder eine Leistungsaufnahme eines der DC/AC-Wandler um zumindest 10% einer Nennleistung des betreffenden DC/AC Wandlers von einer Leistungsabgabe oder Leistungsaufnahme eines anderen der DC/AC-Wandler unterscheiden. In an advantageous embodiment, the magnet core can have an additional transverse web on which no inductor winding is arranged. In this case, the additional transverse web can be arranged on an outer edge or between two transverse webs provided with inductor windings, that is to say away from an outer edge of the throttle arrangement. Alternatively, the magnetic core can also have two have additional transverse webs on which no inductor winding is arranged. The additional transverse webs can be arranged on opposite outer edges of the throttle arrangement. However, it is also possible that one of the additional transverse webs, optionally also each of the two additional transverse webs, is arranged between two transverse webs provided with inductor windings. In each of the arrangements there is a greater degree of freedom for asymmetrical operation of the inverter, both with regard to different power consumption at the phase connections of the inverter and with regard to different power flows through the individual DC / AC converters of the inverter. In one embodiment of the inverter, a power output or a power consumption of one of the DC / AC converters can differ by at least 10% of a nominal power of the relevant DC / AC converter from a power output or power consumption of another of the DC / AC converters.
In einer Ausführungsform kann der Wechselrichter als dreiphasiger Wechselrichter mit drei (n=3) Phasenanschlüssen (U, V, W) ausgebildet sein. Dabei kann auch jeder der DC/AC-Wandler als dreiphasiger DC/AC-Wandler mit drei Phasenleitern ausgebildet sein. Abhängig von einer Nominalleistung des Wechselrichters kann der Wechselrichter zwei (m=2) oder drei (m=3) mehrphasig ausgebildete DC/AC- Wandler umfassen. Der Wechselrichter kann als unidirektional operierender, oder als bidirektional operierender Wechselrichter ausgebildet und eingerichtet sein. In one embodiment, the inverter can be designed as a three-phase inverter with three (n = 3) phase connections (U, V, W). Each of the DC / AC converters can also be designed as a three-phase DC / AC converter with three phase conductors. Depending on a nominal power of the inverter, the inverter can comprise two (m = 2) or three (m = 3) multi-phase DC / AC converters. The inverter can be designed and set up as a unidirectionally operating or as a bidirectionally operating inverter.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass einige der, insbesondere alle m DC/AC- Wandler über eine Steuerung des Wechselrichters synchron zueinander getaktet werden. In einer Ausführungsform umfasst der Wechselrichter aber eine Steuerung, die ausgelegt und eingerichtet ist, die m DC/AC-Wandler mit gleicher Schaltfrequenz, jedoch innerhalb einer Schalterperiode phasenversetzt zueinander zu takten. Auf diese Weise wird ein Spannungsripple als Störsignal an den Phasenanschlüssen des Wechselrichters weitgehend reduziert. Dabei kann der Wechselrichter für jeden der DC/AC-Wandler einen korrespondierenden DC/AC-Wandler aufweisen, so dass der DC/AC Wandler und der korrespondierende DC/AC-Wandler relativ zueinander einen Phasenversatz von Df = 360 m aufweisen. It is within the scope of the invention that some of the, in particular all m, DC / AC converters are clocked synchronously with one another via a controller of the inverter. In one embodiment, however, the inverter comprises a controller which is designed and set up to clock the m DC / AC converters with the same switching frequency, but with a phase shift from one another within one switching period. In this way, a voltage ripple as an interference signal at the phase connections of the inverter is largely reduced. The inverter can have a corresponding DC / AC converter for each of the DC / AC converters, so that the DC / AC converter and the corresponding DC / AC converter have a phase offset of Df = 360 m relative to one another.
Die Drosselwicklungen können direkt auf den Magnetkern gewickelt sein. Dabei kann der Magnetkern in einem von der Drosselwicklung überdeckten Bereich eine Schutzschicht aus isolierenden Material aufweisen. Unabhängig davon, wie die Drosselwicklungen auf die Querstege aufgebracht werden, ist es hinsichtlich eines möglichst gering nach außen tretenden magnetischen Streufeldes vorteilhaft, wenn alle Drosselwicklungen, die auf demselben der Querstege nebeneinander angeordnet sind, dort koaxial zueinander angeordnet sind. Alternativ ist es auch möglich, die Drosselwicklungen jeweils auf Wicklungsträger aus isolierenden Material zu wickeln, und diese danach auf die Segmente des Magnetkerns, insbesondere deren Querstege aufzubringen. Dabei können die Drosselwicklungen einen drahtförmigen, folienförmigen, bandförmigen oder litzenförmigen elektrischen Leiter aufweisen. Ein bandförmiger elektrischer Leiter ist hinsichtlich seines Querschnittes ähnlich einem folienförmigen elektrischen Leiter, weist jedoch eine größere Dicke und somit bei gleicher Breite eine größere Querschnittfläche auf. Ein folienförmiger oder bandförmiger elektrischer Leiter ist insbesondere im Hinblick auf eine höhere Stromtragfähigkeit vorteilhaft. The inductor windings can be wound directly onto the magnetic core. In this case, the magnetic core can have an area covered by the inductor winding Have protective layer made of insulating material. Regardless of how the choke windings are applied to the transverse webs, it is advantageous with regard to a magnetic stray field emerging as little as possible if all the choke windings, which are arranged next to one another on the same of the transverse webs, are arranged coaxially with one another. Alternatively, it is also possible to wind the inductor windings in each case on winding carriers made of insulating material and then to apply them to the segments of the magnetic core, in particular their transverse webs. The inductor windings can have a wire-shaped, film-shaped, band-shaped or litz-shaped electrical conductor. A ribbon-shaped electrical conductor is similar in terms of its cross section to a foil-shaped electrical conductor, but has a greater thickness and thus a larger cross-sectional area with the same width. A film-shaped or ribbon-shaped electrical conductor is particularly advantageous with regard to a higher current carrying capacity.
Für eine Verwendung der Drosselanordnung innerhalb eines Sinusfilters des Wechselrichters kann jeder der Phasenanschlüsse mit einem Anschluss eines Kondensators verbunden sein, während der andere Anschluss des Kondensators mit einem eingangsseitigen Zwischenkreis zumindest eines der DC/AC-Wandler verbunden ist. Dabei kann der zweite Anschluss des Kondensators entweder mit dem negativen Pol oder mit dem positiven Pol des Zwischenkreises verbunden sein. Bei einem geteilten Zwischenkreis ist es auch möglich, dass der zweite Anschluss des Kondensators mit einem Mittelpunkt des Zwischenkreises verbunden ist. Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, dass jeder der Phasenanschlüsse des Wechselrichters mit jeweils einem Anschluss von m Kondensatoren verbunden sein, während der jeweils andere Anschluss der m Kondensatoren mit einem eingangsseitigen Zwischenkreis eines unterschiedlichen der DC/AC-Wandler verbunden ist. Dabei bezeichnet m die Anzahl der DC/AC-Wandler des Wechselrichters. To use the choke arrangement within a sinusoidal filter of the inverter, each of the phase connections can be connected to one connection of a capacitor, while the other connection of the capacitor is connected to an input-side intermediate circuit of at least one of the DC / AC converters. The second connection of the capacitor can either be connected to the negative pole or to the positive pole of the intermediate circuit. With a divided intermediate circuit, it is also possible for the second connection of the capacitor to be connected to a center point of the intermediate circuit. It is also within the scope of the invention that each of the phase connections of the inverter be connected to one connection of m capacitors, while the other connection of the m capacitors is connected to an input-side intermediate circuit of a different one of the DC / AC converters. Here, m denotes the number of DC / AC converters in the inverter.
Eine erfindungsgemäße Energieerzeugungsanlage beinhaltet einen erfindungsgemäßen Wechselrichter und zumindest eine eingangsseitig an den Wechselrichter angeschlossenen Gleichspannungsquelle. Die zumindest eine Gleichspannungsquelle kann einen Photovoltaik (PV) - Generator und/oder eine Batterie umfassen. Es ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem Wechselrichter erläuterten Vorteile. A power generation system according to the invention contains an inverter according to the invention and at least one DC voltage source connected to the inverter on the input side. The at least one DC voltage source can be a photovoltaic (PV) generator and / or a Include battery. The advantages already explained in connection with the inverter result.
Kurzbeschreibunq der Figuren Brief description of the figures
Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe von Figuren dargestellt. Von diesen zeigen The invention is illustrated below with the aid of figures. Show from these
Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wechselrichters mit einem eine Drosselanordnung umfassenden Sinusfilters; 1 shows an embodiment of an inverter according to the invention with a sinusoidal filter comprising a choke arrangement;
Fig. 2a eine erste Ausführungsform einer Drosselanordnung eines 2a shows a first embodiment of a throttle arrangement of a
erfindungsgemäßen Wechselrichters; inverter according to the invention;
Fig. 2b eine zweite Ausführungsform einer Drosselanordnung eines 2b shows a second embodiment of a throttle arrangement of a
erfindungsgemäßen Wechselrichters; inverter according to the invention;
Fig. 2c eine dritte Ausführungsform einer Drosselanordnung eines 2c shows a third embodiment of a throttle arrangement of a
erfindungsgemäßen Wechselrichters; inverter according to the invention;
Fiaurenbeschreibuna Fiaurenbeschreibung
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wechselrichters 1 dargestellt. Der Wechselrichter 1 umfasst exemplarisch einen Eingang 2a und zwei weitere Eingänge 2b, 2c, mit jeweils zwei Eingangsanschlüssen. Zudem weist der Wechselrichter 1 einen mehrphasig ausgebildeten Ausgang 9 mit insgesamt drei Phasenanschlüssen U, V, W auf. Jeder der Eingänge 2a, 2b, 2c ist jeweils über einen Zwischenkreis 8.1 - 8.3 mit einem von mehreren - hier: drei - DC/AC-WandlernIn Fig. 1, an embodiment of an inverter 1 according to the invention is shown. The inverter 1 comprises, for example, an input 2a and two further inputs 2b, 2c, each with two input connections. In addition, the inverter 1 has a multi-phase output 9 with a total of three phase connections U, V, W. Each of the inputs 2a, 2b, 2c is in each case via an intermediate circuit 8.1 - 8.3 with one of several - here: three - DC / AC converters
3.1 - 3.3 verbunden. Die drei DC/AC Wandler 3.1 - 3.3 werden von einer Steuerung 7 des Wechselrichters 1 gesteuert. Dabei generiert die Steuerung 7 insbesondere Taktsignale für Halbleiterschalter der DC/AC-Wandler 3.1 - 3.3. Jeder der DC/AC- Wandler 3.1 - 3.3 ist dreiphasig ausgeführt und weist an seinem Ausgang jeweils drei Phasenleiter 4.1 - 4.3 auf. Jeder der Phasenleiter 4.1 - 4.3 ist jeweils über eine Drossel 1 1.1.1 - 1 1.3.3 einer Drosselanordnung 10 mit einem korrespondierenden der Phasenanschlüsse U, V, W verbunden. Auf diese Weise ist jeder der Phasenanschlüsse U, V, W des Wechselrichters 1 stets über eine der Drosseln3.1 - 3.3 connected. The three DC / AC converters 3.1 - 3.3 are controlled by a controller 7 of the inverter 1. The controller 7 generates, in particular, clock signals for semiconductor switches of the DC / AC converters 3.1-3.3. Each of the DC / AC converters 3.1-3.3 has a three-phase design and has three phase conductors 4.1-4.3 at its output. Each of the phase conductors 4.1-4.3 is connected to a corresponding one of the phase connections U, V, W via a choke 1 1.1.1-1.3.3 of a choke arrangement 10. In this way, each of the phase connections U, V, W of the inverter 1 is always via one of the chokes
1 1.1.1 - 1 1.3.3 mit genau einem dem Phasenanschluss U, V, W zugeordneten Phasenleiter jedes DC/AC-Wandlers 3.1 - 3.3 verbunden. Die Drosseln 1 1.1.1 - 1 1.3.3. der Drosselanordnung 10 bilden zusammen mit Kondensatoren 6 einen Sinusfilter des Wechselrichters 1. Die Kondensatoren 6 sind mit einem Anschluss jeweils mit einem der Phasenanschlüsse U, V, W und mit dem anderen Anschluss mit einem negativen Pol des Zwischenkreises 8.1 - 8.3 verbunden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Kondensatoren 6 in Fig. 1 lediglich für den ersten DC/AC- Wandler 3.1 eingezeichnet. Dennoch sind entsprechende Kondensatoren 6 auch für die weiteren DC/AC-Wandler 3.2, 3.3 vorhanden. Zwischen einem Verbindungspunkt korrespondierender Phasenleiter 4.1 - 4.3 der unterschiedlichen DC/AC-Wandler 3.11 1.1.1 - 1 1.3.3 connected to exactly one phase conductor assigned to the phase connection U, V, W of each DC / AC converter 3.1 - 3.3. The throttles 1 1.1.1 - 1 1.3.3. the choke arrangement 10 together with capacitors 6 form one Sinus filter of the inverter 1. The capacitors 6 are each connected with one connection to one of the phase connections U, V, W and with the other connection to a negative pole of the intermediate circuit 8.1 - 8.3. For the sake of clarity, the capacitors 6 are shown in FIG. 1 only for the first DC / AC converter 3.1. However, corresponding capacitors 6 are also available for the further DC / AC converters 3.2, 3.3. Between a connection point, corresponding phase conductors 4.1-4.3 of the different DC / AC converters 3.1
- 3.3 und den Phasenanschlüssen ist ein AC-Lasttrennschalter 5 angeordnet, der geeignet ist, die Phasenanschlüsse U, V, W von Ausgängen der DC/AC-Wandler 3.1- 3.3 and the phase connections, an AC load break switch 5 is arranged, which is suitable for connecting the phase connections U, V, W of outputs of the DC / AC converter 3.1
- 3.3 zu trennen. Optional kann jeweils ein Eingangsanschluss des Einganges 2a mit einem korrespondierenden Eingangsanschluss eines oder beider weiteren Eingänge 2b, 2c verbunden sein. Auf diese Weise können Gleichspannungsquellen, die an dem Eingang 2a und den weiteren Eingängen 2b, 2c angeschlossen sind, mit einem gemeinsamen Bezugspotential betrieben werden. Alternativ ist auch denkbar, dass jeder der beiden Eingangsanschlüsse des Eingangs 2a mit einem korrespondierenden Eingangsanschluss der weiteren Eingänge 2b, 2c verbunden ist. In dieser Variante können Gleichspannungsquellen, die an den Eingängen 2a, 2b, 2c angeschlossen sind, parallel zueinander betrieben werden. Die optionale Verbindung von einem oder zwei Eingangsanschlüssen ist in Fig. 1 jeweils durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Bei den Gleichspannungsquellen, die an den Eingängen 2a, 2b, 2c angeschlossen sind, kann es sich um wiederaufladbare Batterien oder Photovoltaik Generatoren (in Fig. 1 nicht dargestellt) handeln. Der Wechselrichter 1 ist prinzipiell bidirektional betreibbar, also in der Lage, eine Gleichspannung in eine Wechselspannung und umgekehrt, eine Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln. - 3.3 to separate. Optionally, one input connection of the input 2a can be connected to a corresponding input connection of one or both further inputs 2b, 2c. In this way, direct voltage sources that are connected to the input 2a and the further inputs 2b, 2c can be operated with a common reference potential. Alternatively, it is also conceivable that each of the two input connections of the input 2a is connected to a corresponding input connection of the further inputs 2b, 2c. In this variant, DC voltage sources connected to inputs 2a, 2b, 2c can be operated in parallel with one another. The optional connection of one or two input connections is shown in FIG. 1 by a dashed line. The DC voltage sources that are connected to the inputs 2a, 2b, 2c can be rechargeable batteries or photovoltaic generators (not shown in FIG. 1). The inverter 1 can in principle be operated bidirectionally, that is to say capable of converting a direct voltage into an alternating voltage and, conversely, an alternating voltage into a direct voltage.
In einem Betrieb des Wechselrichters 1 werden Halbleiterschalter der DC/AC- Wandler 3.1 - 3.3 über die Steuerung 7 über ein PWM - Verfahren getaktet. Dabei erfolgt die Taktung unterschiedlicher DC/AC-Wandler 3.1 - 3.3 phasenversetzt (interleaved) zueinander. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Fall werden die Halbleiterschalter des ersten DC/AC-Wandlers 3.1 mit einem Phasenversatz von 0, die des zweiten DC/AC-Wandlers 3.2 mit einem Phasenversatz von 2/3 p, und die des dritten DC/AC-Wandlers 3.3 mit einem Phasenversatz von 4/3 p getaktet. Auf diese Weise wird der Phasenversatz einer Periode von 2p auf die 3 insgesamt vorhandenen DC/AC-Wandler 3.1 - 3.3 aufgeteilt. Durch die Phasen versetzte Ansteuerung der DC/AC-Wandler 3.1 - 3.3 wird ein Spannungsripple an jedem der Phasenanschlüsse U, V, W wird minimiert. When the inverter 1 is in operation, semiconductor switches of the DC / AC converters 3.1-3.3 are clocked via the controller 7 using a PWM method. The different DC / AC converters 3.1-3.3 are clocked out of phase (interleaved). In the case shown in FIG. 1, the semiconductor switches of the first DC / AC converter 3.1 are set with a phase offset of 0, those of the second DC / AC converter 3.2 with a phase offset of 2/3 p, and those of the third DC / AC Converter 3.3 clocked with a phase offset of 4/3 p. In this way, the phase offset of a period of 2p is divided between the 3 total DC / AC converters 3.1-3.3. Staggered through the phases When the DC / AC converters 3.1-3.3 are activated, a voltage ripple at each of the phase connections U, V, W is minimized.
Die Drosselanordnung 10 und die Kondensatoren 6 bilden einen für alle DC/AC - Wandler 3.1 - 3.3 gemeinsamen Sinusfilter des Wechselrichters 1 aus. Der Sinusfilter dämpft taktfrequente harmonische Störsignale, die zusätzlich zu dem sinusförmigen Nutzsignal auf den Phasenleitern 4.1 - 4.3 der DC/AC-Wandler 3.1 - 3.3 vorhanden sind und aus dem getakteten Schalten der Halbleiterschalter herrühren. Gleichzeitig ist der Sinusfilter, insbesondere die Drosselanordnung 10 in der Lage, zirkulierende Ströme zwischen den unterschiedlichen DC/AC-Wandler 3.1 - 3.3 signifikant zu dämpfen. Die Drosselanordnung 10 ist zudem kompakt und kostengünstig herstellbar. The choke arrangement 10 and the capacitors 6 form a sinusoidal filter of the inverter 1 that is common to all DC / AC converters 3.1-3.3. The sinusoidal filter attenuates clock-frequency harmonic interference signals that are present in addition to the sinusoidal useful signal on the phase conductors 4.1 - 4.3 of the DC / AC converters 3.1 - 3.3 and result from the clocked switching of the semiconductor switches. At the same time, the sinusoidal filter, in particular the choke arrangement 10, is able to significantly dampen circulating currents between the different DC / AC converters 3.1-3.3. The throttle arrangement 10 is also compact and inexpensive to manufacture.
In Fig. 2a ist eine erste Ausführungsform einer Drosselanordnung 10, die zur Verwendung in einem Sinusfilter des erfindungsgemäßen Wechselrichters 1 gemäß Fig. 1 ausgelegt ist, dargestellt. Die Drosselanordnung 10 enthält einen in einer Ebene verlaufenden Magnetkern 12, der drei Querstege 13.1 - 13.3, zwei äußere Längsstege 14 und zwei innere Längsstege 15 umfasst. Die Querstege 13.1 - 13.3 bilden (aus einer Blickrichtung auf die Ebene des Magnetkerns 12) zusammen mit den äußeren 14 und den inneren Längsstegen15 ein kreuzartiges Muster. Insgesamt werden dabei sechs rechteckige Maschen 19 von Teilen der Längs- 14, 15 und Querstege 13.1 - 13.3 umgeben. Jeder der Querstege 13.1 - 13.3 umfasst jeweils 3 Segmente 16.1 - 16.3. Auf jeden der Querstege 13.1 - 13.3, insbesondere auf deren Segmenten 16.1 - 16.3, sind zudem drei Drosselwicklungen 11.1.1 - 1 1.3.3 aufgebracht. Diejenigen der Drosselwicklungen 11.1.1 - 1 1.3.3, die sich auf demselben der Querstege 13.1 - 13.3 befinden, sind jeweils einem bestimmten der Phasenanschlüsse U, V, W des Wechselrichters 1 zugeordnet. Hingegen sind diejenigen der Drosselwicklungen 1 1.1.1 - 1 1.3.3, die auf unterschiedlichen Querstegen 13.1 - 13.3 angeordnet sind, unterschiedlichen Phasenanschlüssen U, V, W des Wechselrichters 1 zugeordnet. Konkret sind in dem in Fig. 2a dargestellten Fall die links untereinander angeordneten Drosselwicklungen 11.1.1 , 1 1.2.1 , 1 1.3.1 mit den drei Phasenleitern 4.1 des ersten DC/AC-Wandlers 3.1 verbunden. Die mittleren untereinander angeordneten Drosselwicklungen 11.1.2, 1 1.2.2, 1 1.3.2 sind mit den drei Phasenleitern 4.2 des zweiten DC/AC-Wandlers 3.2 und die rechts untereinander angeordneten Drosselwicklungen 1 1.1.3, 11.2.3, 1 1.3.3 sind mit den drei Phasenleitern 4.3 des dritten DC/AC-Wandlers 3.3 verbunden. Mit anderen Worten sind spaltenweise untereinander auf verschiedenen Querstegen 13.1 - 13.3 angeordnete Drosselwicklungen 1 1.1.1 - 1 1.3.3 jeweils demselben der DC/AC- Wandler 3.1 - 3.3 und zeilenweise nebeneinander auf gleichen Querstegen 13.1 - 13.3 angeordnete Drosselwicklungen 1 1.1.1 - 1 1.3.3 jeweils demselben der Phasenanschlüsse U, V, W des Wechselrichters 1 zugeordnet. FIG. 2a shows a first embodiment of a choke arrangement 10 which is designed for use in a sinusoidal filter of the inverter 1 according to the invention according to FIG. 1. The throttle arrangement 10 contains a magnetic core 12 which runs in one plane and which comprises three transverse webs 13.1-13.3, two outer longitudinal webs 14 and two inner longitudinal webs 15. The transverse webs 13.1-13.3 form (when looking at the plane of the magnetic core 12) together with the outer 14 and inner longitudinal webs 15 a cross-like pattern. A total of six rectangular meshes 19 are surrounded by parts of the longitudinal 14, 15 and transverse webs 13.1-13.3. Each of the transverse webs 13.1-13.3 comprises 3 segments 16.1-16.3. In addition, three inductor windings 11.1.1-1.3.3 are applied to each of the transverse webs 13.1-13.3, in particular on their segments 16.1-16.3. Those of the inductor windings 11.1.1-1.3.3 which are located on the same of the transverse webs 13.1-13.3 are each assigned to a specific one of the phase connections U, V, W of the inverter 1. In contrast, those of the inductor windings 1 1.1.1-1.3.3 which are arranged on different transverse webs 13.1-13.3 are assigned to different phase connections U, V, W of the inverter 1. Specifically, in the case shown in FIG. 2a, the inductor windings 11.1.1, 1 1.2.1, 1 1.3.1 arranged one below the other on the left are connected to the three phase conductors 4.1 of the first DC / AC converter 3.1. The middle choke windings 11.1.2, 1 1.2.2, 1 1.3.2 arranged one below the other are connected to the three phase conductors 4.2 of the second DC / AC converter 3.2 and the choke windings 1 1.1.3, 11.2.3, 1 1.3 arranged one below the other on the right. 3 are with the three phase conductors 4.3 of the third DC / AC converter 3.3 connected. In other words, choke windings 1 1.1.1 - 1 1.3.3 arranged one below the other on different transverse webs 13.1 - 13.3 are in each case the same one of the DC / AC converters 3.1 - 3.3 and choke windings 1 1.1.1 - arranged in rows next to one another on the same cross webs 13.1 - 13.3 1 1.3.3 each assigned to the same of the phase connections U, V, W of the inverter 1.
Der Magnetkern 12 der Drosselanordnung 10, insbesondere jeder der Längsstege 14, 15 und der Segmente 16.1 - 16.3 der Querstege 13.1 - 13.3, kann aus einem gesinterten Pulvermaterial oder einem Blechstapel aufgebaut sein. Der Magnetkern 12 weist im Zusammenbau seine Längsstege 14,15 und Querstege 13.1 - 13.3 magnetisch wirkende Spalte 18 auf. Im illustrierten Fall sind die Spalte 18 zwischen den äußeren Längsstegen 14 und den Segmenten der Querstege 13.1 - 13.3, wie auch zwischen den inneren Längsstegen 15 und den Segmenten der Querstege 13.1 - 13.3 angeordnet. Alternativ oder kumulativ dazu ist es möglich, dass magnetische Spalte auch in von den Drosselwicklungen 1 1.1.1 - 1 1. 3.3 bedeckten Bereichen der Querstege 13.1 - 13.3 angeordnet sind. The magnetic core 12 of the throttle arrangement 10, in particular each of the longitudinal webs 14, 15 and the segments 16.1-16.3 of the transverse webs 13.1-13.3, can be constructed from a sintered powder material or a sheet metal stack. When assembled, the magnetic core 12 has its longitudinal webs 14, 15 and transverse webs 13.1-13.3 magnetically acting gaps 18. In the illustrated case, the gaps 18 are arranged between the outer longitudinal webs 14 and the segments of the transverse webs 13.1-13.3, as well as between the inner longitudinal webs 15 and the segments of the transverse webs 13.1-13.3. As an alternative or in addition to this, it is possible that magnetic gaps are also arranged in areas of the transverse webs 13.1-13.3 covered by the choke windings 1 1.1.1-1.1 3.3.
Im Betrieb des Wechselrichters 1 ergeben sich magnetische Teilflüsse, die von jeder der Drosselwicklungen 1 1.1.1 - 1 1.3.3 entsprechend dem aktuell durch die jeweilige Drosselwicklung 11.1.1 - 1 1.3.3 fließenden Strom erzeugt werden. Eine Steuerung 7 des Wechselrichters 1 kann die Halbleiterschalter der DC/AC-Wandler 3.1 - 3.3 nun so takten, dass diejenigen der Drosselwicklungen 1 1.1.1 - 1 1.3.3, die auf demselben Quersteg 13.1 - 13.3 angeordnet sind und somit auch demselben der Phasenanschlüsse U, V, W zugeordnet sind, zu gleichen Zeiten auch von einem gleichgroßen oder einem ähnlich großen Strom durchflossen werden. Die sich somit ergebenden magnetischen Teilflüsse sind in Fig. 2a für zwei der Drosseln - hier: die Drosselwicklungen 1 1.2.1 und 1 1.2.2 - in Form gestrichelter Linien schematisch illustriert. Die Richtung der magnetischen Teilflüsse ist durch entsprechende Pfeile markiert. Es ist unmittelbar ersichtlich, dass die magnetischen Teilflüsse, die in den inneren Längssteggen 15 verlaufen, sich destruktiv überlagern und untereinander somit zumindest teilweise kompensieren. In den äußeren Längsstegen 14 fehlt hingegen ein kompensierend wirkender magnetischer Teilfluss für die links liegende Drosselwicklung 1 1.2.1. Eine ähnliche Argumentation kann unter Berücksichtigung der Drosselwicklungen 1 1.2.2 und 1 1.2.3 für den anderen der innenliegenden Längsstege durchgeführt werden. Insgesamt können aufgrund der destruktiven Überlagerung der magnetischen Teilflüsse benachbarter Drosselwicklungen 1 1.1.1 - 1 1.3.3 die inneren Längsstege 15 mit einem deutlich geringeren Querschnitt ausgelegt werden als die äußeren Längsstege 14. Hierdurch ergibt sich eine signifikante Material-, Platz- und Kosteneinsparung für die Drosselanordnung 10 und dadurch auch für den die Drosselanordnung 10 beinhaltenden Wechselrichter 1. During operation of the inverter 1, partial magnetic fluxes result which are generated by each of the inductor windings 1 1.1.1-1.3.3 in accordance with the current currently flowing through the respective inductor winding 11.1.1-1.3.3. A controller 7 of the inverter 1 can now clock the semiconductor switches of the DC / AC converters 3.1-3.3 so that those of the inductor windings 1.1.1-1.3.3 which are arranged on the same crosspiece 13.1-13.3 and thus also the same of the Phase connections U, V, W are assigned, are also flowed through at the same times by an equally large or a similarly large current. The resulting magnetic partial fluxes are illustrated schematically in FIG. 2a for two of the chokes - here: the choke windings 1 1.2.1 and 1 1.2.2 - in the form of dashed lines. The direction of the magnetic partial fluxes is marked by corresponding arrows. It can be seen immediately that the magnetic partial fluxes that run in the inner longitudinal webs 15 are destructively superimposed and thus at least partially compensate one another. In the outer longitudinal webs 14, on the other hand, there is no compensating partial magnetic flux for the inductor winding 1 1.2.1 on the left. A similar argument can be made, taking into account the inductor windings 1 1.2.2 and 1 1.2.3 for the other of the inner Longitudinal webs are carried out. Overall, due to the destructive superposition of the magnetic partial fluxes of adjacent inductor windings 1 1.1.1-1.3.3, the inner longitudinal webs 15 can be designed with a significantly smaller cross section than the outer longitudinal webs 14. This results in significant material, space and cost savings for the choke arrangement 10 and thereby also for the inverter 1 containing the choke arrangement 10.
In Fig. 2b ist eine zweite Ausführungsform einer Drosselanordnung 10 dargestellt, die zur Verwendung in einem Sinusfilter des erfindungsgemäßen Wechselrichters 1 nach Fig. 1 geeignet ist. Es werden im Folgenden lediglich Unterschiede zu der ersten Ausführungsform der Drosselanordnung 10 erklärt. Bei gleichen oder ähnlich gestalteten Elementen wird auf die Erklärung zur Figur 2a verwiesen. FIG. 2b shows a second embodiment of a choke arrangement 10 which is suitable for use in a sinusoidal filter of the inverter 1 according to the invention according to FIG. 1. Only differences from the first embodiment of the throttle arrangement 10 are explained below. In the case of the same or similar elements, reference is made to the explanation for FIG. 2a.
Im Unterschied zu der in Fig. 2a dargestellten Drosselanordnung 10 beinhaltet die zweite Ausführungsform zusätzlich einen weiteren Quersteg 17, auf dem keine Drosselwicklung angeordnet ist. Die äußeren 14 und inneren Längsstege 15 sind relativ zu der ersten Ausführungsform nach Fig. 2a länger ausgebildet. Der weitere Quersteg 17 ist an einem Außenrand der Drosselanordnung 10 angeordnet und verbindet dort die äußeren 14 Längsstege und die inneren Längsstege 15 der Drosselanordnung 10 miteinander. Relativ zu der Variante gemäß Fig. 2a ermöglicht der weitere Quersteg 17 einen größeren Freiheitsgrad bei einem unsymmetrischen Betrieb der DC/AC-Wandler 3.1 - 3.3 und/oder der Phasenanschlüsse U, V, W des Wechselrichters 1. Konkret können sich einerseits die Leistungsflüsse durch die einzelnen der DC/AC-Wandler 3.1 - 3.3 stärker unterscheiden. Andererseits können sich auch die Leistungsflüsse über die Phasenanschlüsse U, V, W des Wechselrichters 1 stärker voneinander unterscheiden. Indem der weitere Quersteg 17 die Drosselanordnung 10 nach außen begrenzt, schützt er so zu einem gewissen Anteil die unter ihm verlaufenden Drosselwicklungen 1 1.1.1 - 1 1.3.3 vor einer mechanischen Beschädigung, die beispielsweise bei einem Zusammenbau des Wechselrichters 1 auftreten könnte. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass der weitere Quersteg 17, der frei von einer Drosselwicklung ist, zwischen zwei mit Drosselwicklungen 1 1.1.1 - 1 1.3.3 versehenen Querstegen 13.1— 13.3, und somit in einem innenliegenden Bereich der Drosselanordnung 10, angeordnet ist. In Fig. 2c ist eine dritte Ausführungsform der Drosselanordnung 10 illustriert. Relativ zu der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 2b sind die äußeren Längsstege 14 und die inneren Längsstege 15 nochmals länger ausgebildet. Die Drosselanordnung 10 in Fig. 2c weist nun insgesamt zwei weitere Querstege 17 auf, auf denen jeweils keine der Drosselwicklungen 11.1.1 - 1 1.3.3 angeordnet ist. Die weiteren Querstege 17 sind an gegenüberliegenden Außenrändern der Drosselanordnung 10 angeordnet. Hierbei ergibt nochmals ein relativ zur Ausführungsform nach Fig. 2b größerer Freiheitsgrad im Hinblick auf einen unsymmetrischen Betrieb der DC/AC-Wandler 3.1 - 3.3 und der Phasenanschlüsse U, V, W des Wechselrichters 1. Zudem sind nun alle Drosselwicklungen 11.1.1 - 1 1.1.3 und 1 1.3.1 - 1 1.3.3, die sich unterhalb der weiteren Querstege 17 angeordnet sind, zumindest teilweise vor einer mechanischen Beschädigung geschützt. Abweichend von dem in Fig. 2c dargestellten Fall ist es im Rahmen der Erfindung jedoch auch möglich, dass einer der beiden weiteren Querstege 17, gegebenenfalls auch jeder der beiden weiteren Querstege 17, jeweils zwischen zwei Querstegen 13.1 - 13.3 angeordnet ist, die mit Drosselwicklungen 1 1.1.1 - 1 1.3.3 versehen sind. In contrast to the choke arrangement 10 shown in FIG. 2a, the second embodiment additionally contains a further transverse web 17 on which no choke winding is arranged. The outer 14 and inner longitudinal webs 15 are made longer relative to the first embodiment according to FIG. 2a. The further transverse web 17 is arranged on an outer edge of the throttle arrangement 10 and there connects the outer 14 longitudinal webs and the inner longitudinal webs 15 of the throttle arrangement 10 to one another. Relative to the variant according to FIG. 2a, the further transverse web 17 enables a greater degree of freedom with asymmetrical operation of the DC / AC converters 3.1-3.3 and / or the phase connections U, V, W of the inverter 1. Specifically, on the one hand, the power flows can flow through the individual DC / AC converters 3.1 - 3.3 differentiate more strongly. On the other hand, the power flows via the phase connections U, V, W of the inverter 1 can also differ more from one another. Since the further transverse web 17 limits the choke arrangement 10 to the outside, it protects the choke windings 1.1.1-1.3.3 running under it from mechanical damage that could occur, for example, when the inverter 1 is assembled. In the context of the invention, however, it is also possible that the further transverse web 17, which is free of a choke winding, is between two cross webs 13.1-13.3 provided with choke windings 1 1.1.1-1.3.3, and thus in an inner region of the choke arrangement 10, is arranged. A third embodiment of the throttle arrangement 10 is illustrated in FIG. 2c. Relative to the second embodiment according to FIG. 2b, the outer longitudinal webs 14 and the inner longitudinal webs 15 are made even longer. The choke arrangement 10 in FIG. 2c now has a total of two further transverse webs 17, on each of which none of the choke windings 11.1.1-1.3.3 is arranged. The further transverse webs 17 are arranged on opposite outer edges of the throttle arrangement 10. This again results in a greater degree of freedom relative to the embodiment according to FIG. 2b with regard to asymmetrical operation of the DC / AC converters 3.1-3.3 and the phase connections U, V, W of the inverter 1. In addition, all inductor windings 11.1.1-1 1.1.3 and 1.1.3.1-1.3.3, which are arranged below the further transverse webs 17, are at least partially protected from mechanical damage. In a departure from the case shown in FIG. 2c, however, it is also possible within the scope of the invention that one of the two further transverse webs 17, optionally also each of the two further transverse webs 17, is each arranged between two transverse webs 13.1-13.3, which are equipped with inductor windings 1 1.1.1 - 1 1.3.3 are provided.
Bezuqszeichenliste Reference list
1 Wechselrichter1 inverter
a, 2b, 2c Eingang a, 2b, 2c input
.1 - 3.m DC/AC-Wandler .1 - 3.m DC / AC converter
.1 - 4.n Phasenleiter .1 - 4.n phase conductor
5 AC-Lasttrennschalter 5 AC switch-disconnectors
6 Kondensator 6 capacitor
7 Steuerung 7 Control
8.1 - 8.m Zwischen kreis 8.1 - 8.m intermediate circle
9 Ausgang 9 exit
10 Drosselanordnung 10 Throttle arrangement
1 1.1.1 - 1 1.n.m Drosselwicklung 1 1.1.1 - 1 1.n.m choke winding
12 Magnetkern 12 magnetic core
13.1 - 13.n Quersteg 13.1 - 13.n crossbar
14 Längssteg 14 longitudinal bar
15 Längssteg 15 longitudinal bar
16.1 - 16. m Segment 16.1 - 16. m segment
17 Quersteg 17 crossbar
18 Spalt 18 gap
19 Masche 19 mesh
U, V, W Phasenanschluss U, V, W phase connection

Claims

Patentansprüche Claims
1. Wechselrichter (1 ) zur Umwandlung von Gleichspannung mindestens einer Gleichspannungsquelle in Wechselspannung umfassend: 1. Inverter (1) for converting direct voltage of at least one direct voltage source into alternating voltage, comprising:
- einen Eingang (2a) mit zwei Eingangsanschlüssen zum Anschluss der Gleichspannungsquelle, - an input (2a) with two input connections for connecting the DC voltage source,
- einen mehrphasigen Ausgang (9) mit n>1 Phasenanschlüssen (U, V, W), - a multi-phase output (9) with n> 1 phase connections (U, V, W),
- eine Mehrzahl m>1 mehrphasiger DC/AC-Wandler (3.1 - 3.m) mit jeweils n Phasenleitern (4.1 - 4.n), - a plurality of m> 1 multiphase DC / AC converters (3.1 - 3.m) each with n phase conductors (4.1 - 4.n),
- und einem von jedem der DC/AC-Wandler (3.1 - 3.m) gemeinsam genutzten, eine Drosselanordnung (10) aufweisenden Sinusfilter, wobei jeder Phasenanschluss (U, V, W) mit jeweils einem korrespondierenden Phasenleiter (4.1 - 4. n) jedes DC/AC-Wandlers (3.1 - 3.m) über eine Drosselwicklung (1 1.1.1 - and a sinusoidal filter which is shared by each of the DC / AC converters (3.1-3m) and has a choke arrangement (10), each phase connection (U, V, W) having a corresponding phase conductor (4.1-4.n. ) of each DC / AC converter (3.1 - 3.m) via a choke winding (1 1.1.1
- 11.n.m) der Drosselanordnung (10) verbunden ist, - 11.n.m) the throttle arrangement (10) is connected,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
- die Drosselanordnung (10) m*n Drosselwicklungen (1 1.1.1 - 11. n.m) und einen Magnetkern (12) mit n Querstegen (13.1 - 13.n) und zwei äußeren Längsstegen (14) aufweist, - the throttle arrangement (10) has m * n throttle windings (1 1.1.1 - 11th nm) and a magnetic core (12) with n transverse webs (13.1 - 13.n) and two outer longitudinal webs (14),
- wobei der Magnetkern (12) zusätzlich einen oder mehrere innere Längsstege (15) umfasst, die jeweils zwischen nebeneinander auf den Querstegen (13.1— 13.n) angeordneten Drosselwicklungen (1 1.1.1 - 1 1.n.m) verlaufen und dort die n Querstege (13.1 - 13.n) miteinander verbinden, - wherein the magnetic core (12) additionally comprises one or more inner longitudinal webs (15) which each run between choke windings (1 1.1.1-1.1 nm) arranged next to one another on the transverse webs (13.1-13n) and there the n Connect the cross webs (13.1 - 13.n) to one another,
- wobei auf jedem der n Querstege (13.1 - 13.n) m Drosselwicklungen (1 1.1.1. - 1 1.n.m) nebeneinander angeordnet sind, und - wherein on each of the n transverse webs (13.1 - 13.n) m inductor windings (1 1.1.1. - 1 1.n.m) are arranged side by side, and
- wobei diejenigen der m*n Drosselwicklungen (1 1.1.1 - 1 1. n.m), die mit demselben Phasenanschluss (U, V, W) verbunden sind, jeweils auf demselben Quersteg (13.1 - 13.n) angeordnet sind, und - Where those of the m * n inductor windings (1 1.1.1-1.1 nm) which are connected to the same phase connection (U, V, W) are each arranged on the same transverse web (13.1-13.n), and
wobei alle auf demselben der Querstege (13.1 - 13.n) angeordneten Drosselwicklungen (1 1.1.1 - 1 1. n.m) jeweils ausgehend von ihrem ersten Anschluss, der mit einem Phasenleiter (4.1 - 4.n) eines der DC/AC-Wandler (3.1 all of the inductor windings (1 1.1.1 - 1 1. nm) arranged on the same one of the transverse webs (13.1 - 13.n) starting from their first connection, which is connected to a phase conductor (4.1 - 4.n) of one of the DC / AC Converter (3.1
- 3.n) verbunden ist, in Richtung ihres zweiten Anschlusses, der mit einem der Phasenanschlüsse (U, V, W) verbunden ist, einen gleichen Wicklungssinn um denselben der Querstege (13.1 - 13.n) aufweisen. - 3.n), in the direction of its second connection, which is connected to one of the phase connections (U, V, W), have the same sense of winding around the same of the transverse webs (13.1-13.n).
2. Wechselrichter (1 ) nach Anspruch 1 , wobei der Wechselrichter (1 ) zusätzlich zu dem Eingang (2a) mindestens einen weiteren Eingang (2b, 2c) mit zwei Eingangsanschlüssen zum Anschluss einer weiteren Gleichspannungsquelle aufweist, wobei der weitere Eingang (2b, 2c) mit einem der DC/AC-Wandler (3.1 - 3.m) verbunden ist. 2. Inverter (1) according to claim 1, wherein the inverter (1) in addition to the input (2a) has at least one further input (2b, 2c) with two input connections for connecting a further DC voltage source, the further input (2b, 2c ) is connected to one of the DC / AC converters (3.1 - 3.m).
3. Wechselrichter nach Anspruch 2, wobei mindestens einer der Eingangsanschlüsse des Eingangs (2a) mit jeweils einem korrespondierenden Eingangsanschluss des weiteren Eingangs (2b, 2c) verbunden ist. 3. Inverter according to claim 2, wherein at least one of the input connections of the input (2a) is connected to a corresponding input connection of the further input (2b, 2c).
4. Wechselrichter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Magnetkern (12) insbesondere m-1 innere Längsstege (15) umfasst, die jeweils zwischen nebeneinander auf den Querstegen (13.1-13. n) angeordneten Drosselwicklungen (11.1.1 - 1 1.n.m) verlaufen und dort die n Querstege (13.1 - 13.n) miteinander verbinden. 4. Inverter (1) according to one of the preceding claims, wherein the magnetic core (12) in particular comprises m-1 inner longitudinal webs (15), each of which is arranged between inductor windings (11.1.1 - 11.1.1 - 1 1.nm) and connect the n transverse webs (13.1 - 13.n) with one another.
5. Wechselrichter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder der Querstege (13.1 - 13.n) aus mehreren Segmenten (16.1 - 16.m), insbesondere aus m Segmenten (16.1 - 16.m) aufgebaut ist und/oder wobei jeder der inneren Längsstege (15) und optional jeder der äußeren Längsstege (14) aus mehreren Segmenten aufgebaut ist. 5. Inverter (1) according to one of the preceding claims, wherein each of the transverse webs (13.1-13n) is made up of several segments (16.1-16m), in particular from m segments (16.1-16m) and / or wherein each of the inner longitudinal webs (15) and optionally each of the outer longitudinal webs (14) is constructed from a plurality of segments.
6. Wechselrichter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder der Querstege (13.1 - 13.n) aus mehreren Segmenten (16.1 - 16.m) aufgebaut ist und wobei Spalte (18) zwischen den Segmenten (16.1 - 16.m) der Querstege (13.1 - 13.n) und den außenliegenden Längsstegen (14) und/oder zwischen den Segmenten (16.1 - 16.m) der Querstege (13.1 - 13.n) und den innenliegenden Längsstegen (15) angeordnet sind. 6. Inverter (1) according to one of the preceding claims, wherein each of the transverse webs (13.1-13n) is made up of several segments (16.1-16m) and wherein column (18) between the segments (16.1-16m ) the transverse webs (13.1 - 13.n) and the external longitudinal webs (14) and / or between the segments (16.1 - 16.m) of the transverse webs (13.1 - 13.n) and the internal longitudinal webs (15) are arranged.
7. Wechselrichter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wechselrichter (1 ) als dreiphasiger Wechselrichter mit drei (n=3) Phasenanschlüssen (U, V, W) ausgebildet ist, und wobei jeder der DC/AC- Wandler (3.1 - 3.m) als dreiphasiger DC/AC-Wandler mit drei Phasenleitern (4.1 -4.3) ausgebildet ist. 7. Inverter (1) according to one of the preceding claims, wherein the inverter (1) is designed as a three-phase inverter with three (n = 3) phase connections (U, V, W), and wherein each of the DC / AC converters (3.1 - 3.m) is designed as a three-phase DC / AC converter with three phase conductors (4.1-4.3).
8. Wechselrichter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der8. inverter (1) according to any one of the preceding claims, wherein the
Wechselrichter (1 ) zwei (m=2) oder drei (m=3) mehrphasig ausgebildete DC/AC- Wandler (3.1 - 3.m) umfasst. Inverter (1) comprises two (m = 2) or three (m = 3) multiphase DC / AC converters (3.1-3.m).
9. Wechselrichter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der9. inverter (1) according to any one of the preceding claims, wherein the
Magnetkern (12) einen zusätzlichen Quersteg (17) aufweist, auf dem keine Drosselwicklung (1 1.1.1 - 1 1.n.m) angeordnet ist. Magnetic core (12) has an additional transverse web (17) on which no choke winding (1 1.1.1-1 1.n.m) is arranged.
10. Wechselrichter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der10. Inverter (1) according to one of the preceding claims, wherein the
Magnetkern (12) zwei zusätzliche Querstege (17) aufweist, auf denen keine Drosselwicklung (1 1.1.1 - 1 1.n.m) angeordnet ist. Magnetic core (12) has two additional transverse webs (17), on which no inductor winding (1 1.1.1-1 1.n.m) is arranged.
1 1. Wechselrichter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Quersteg (17) / die zusätzlichen Querstege (17) an einem Außenrand / an gegenüberliegenden Außenrändern der Drosselanordnung (10) angeordnet ist / sind. 1 1. Inverter according to claim 9 or 10, characterized in that the additional transverse web (17) / the additional transverse webs (17) is / are arranged on an outer edge / on opposite outer edges of the throttle arrangement (10).
12. Wechselrichter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die außenliegenden Längsstege (14) relativ zu den innenliegenden Längsstegen (15) mit einem größeren Querschnitt ausgeführt sind. 12. Inverter (1) according to one of the preceding claims, wherein the outer longitudinal webs (14) are designed with a larger cross section relative to the inner longitudinal webs (15).
13. Wechselrichter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die13. Inverter (1) according to one of the preceding claims, wherein the
Drosselwicklungen (1 1.1.1 - 1 1. n.m) einen folienförmigen oder bandförmigen elektrischen Leiter aufweisen. Choke windings (1 1.1.1 - 1 1. n.m) have a foil-shaped or ribbon-shaped electrical conductor.
14. Wechselrichter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der14. Inverter (1) according to one of the preceding claims, wherein the
Wechselrichter (1 ) als bidirektional operierender Wechselrichter (1 ) ausgebildet und eingerichtet ist. Inverter (1) is designed and set up as a bidirectionally operating inverter (1).
15. Wechselrichter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder der Phasenanschlüsse (U, V, W) mit einem Anschluss eines Kondensators (6) verbunden ist, wobei der andere Anschluss des Kondensators (6) mit einem eingangsseitigen Zwischenkreises (8.1 - 8.m) zumindest eines der DC/AC- Wandler (3.1 - 3.m) verbunden ist. 15. Inverter (1) according to one of the preceding claims, wherein each of the phase connections (U, V, W) is connected to one connection of a capacitor (6), the other connection of the capacitor (6) to an input-side intermediate circuit (8.1 - 8.m) at least one of the DC / AC converters (3.1 - 3.m) is connected.
16. Wechselrichter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die m DC/AC-Wandler (3.1 - 3.m) über eine Steuerung (7) mit gleicher Schaltfrequenz, jedoch innerhalb einer Schalterperiode phasenversetzt zueinander getaktet werden. 16. Inverter (1) according to one of the preceding claims, wherein the m DC / AC converter (3.1 - 3.m) via a controller (7) with the same switching frequency, but are clocked out of phase with one another within a switch period.
17. Wechselrichter (1 ) nach Anspruch 16, wobei der Wechselrichter (1 ) für jeden der DC/AC-Wandler (3.1 - 3.m) einen korrespondierenden DC/AC-Wandler (3.1 - 3.m) aufweist, wobei der DC/AC Wandler (3.1 - 3.m) und der korrespondierende DC/AC-Wandler (3.1 - 3.m) untereinander einen Phasenversatz von Df = 360 m aufweisen. 17. The inverter (1) according to claim 16, wherein the inverter (1) has a corresponding DC / AC converter (3.1-3.3m) for each of the DC / AC converters (3.1-3.3m), the DC / AC converter (3.1 - 3.m) and the corresponding DC / AC converter (3.1 - 3.m) have a phase offset of Df = 360 m.
18. Wechselrichter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich eine Leistungsabgabe oder Leistungsaufnahme eines der DC/AC-Wandler (3.1 - 3.m) um zumindest 10% einer Nennleistung des DC/AC Wandlers (3.1 - 3.m) von einer Leistungsabgabe oder Leistungsaufnahme eines anderen der DC/AC- Wandler (3.1 - 3.m) unterscheidet. 18. Inverter (1) according to one of the preceding claims, wherein a power output or power consumption of one of the DC / AC converters (3.1 - 3.m) is at least 10% of a nominal power of the DC / AC converter (3.1 - 3.m) differs from a power output or power consumption of another of the DC / AC converters (3.1 - 3.m).
19. Energieerzeugungsanlage mit einem Wechselrichter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, und zumindest einer eingangsseitig an den Wechselrichter (1 ) angeschlossenen Gleichspannungsquelle, wobei die zumindest eine Gleichspannungsquelle einen Photovoltaikgenerator und/oder eine Batterie umfasst. 19. Energy generation system with an inverter (1) according to one of the preceding claims, and at least one DC voltage source connected on the input side to the inverter (1), the at least one DC voltage source comprising a photovoltaic generator and / or a battery.
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