Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Leistungselektronik. Sie geht aus von einem aus der unter Artikel 54(3) EPÜ fallenden EP 1 298 781 A1 bekannt gewordenen Verfahren zur Symmetrierung eines Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises sowie einer aus der unter Artikel 54(3) EPÜ fallenden EP 1 298 781 A1 bekannt gewordenen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Zweipolige Gleichspannungsquellen mit einer variablen ausgangsseitigen Gleichspannung sind beispielsweise aus Brennstoffzellenanwendungen bekannt, wobei die Brennstoffzelle eine solche Gleichspannungsquelle mit einer variablen Gleichspannung darstellt. Gängigerweise speist eine derartige Gleichspannungsquelle aufgrund der unterschiedlichen Gleichspannungsniveaus einen Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreis, der durch einen ersten Kondensator und einen dazu in Serie geschalteten zweiten Kondensator gebildet ist. Ein Anschluss des ersten Kondensators bildet weiterhin einen oberen Anschluss des Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises und ein Anschluss des zweiten Kondensators bildet einen unteren Anschluss des Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises. Am Verschaltungspunkt des ersten Kondensators mit dem zweiten Kondensator ist desweiteren ein Mittelpunktanschluss des Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises gebildet. Üblicherweise ist mit dem oberen Anschluss, dem Mittelanschluss und dem unteren Anschluss des Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises eine Stromrichterschaltung verbunden, deren elektronische Schalter durch eine Ansteuerschaltung angesteuert werden.

Eine solche Stromrichterschaltung mit einer Gleichspannungsquelle mit einer variablen Gleichspannung und einem an die Stromrichterschaltung angeschlossenen Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreis ist in der unter Artikel (54(3) fallenden EP 1 298 781 A1 mit der Anmeldenummer EP 01810944.7 angegeben. Zur Kopplung an ein elektrisches Wechselspannungsversorgungsnetz ist ein Umrichter vorgesehen, der gleichspannungsseitig an den Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreis und wechselspannungsseitig an das elektrische Wechselspannungsversorgungsnetz, insbesondere über einen Transformator, angeschlossen ist. Bei einer Ungleichheit einer ersten Zwischenkreisspannung äm ersten Kondensator bezüglich einer zweiten Zwischenkreisspannung am zweiten Kondensator wird die Stromrichterschaltung derart angesteuert, dass sowohl die erste als auch die zweite Zwischenkreisspannung auf einen Zwischenkreisspannungssollwert durch Ausregeln eingestellt wird. Zunächst wird dazu aus der ersten Zwischenkreisspannung und der zweiten Zwischenkreisspannung ein Zwischenkreisspannungsmittelwert gebildet, der dann auf den Zwischenkreisspannungssollwert ausgeregelt wird. Diese Ausregelung bedingt jedoch, dass die Stromrichterschaltung elektrische Energie von der Gleichspannungsquelle beziehen kann, d.h. dass die Gleichspannungsquelle fortlaufend elektrische Energie für den Ausregelvorgang liefern muss und demnach für eine Kompensation der vorstehend erwähnten Ungleichheit benötigt wird. Falls die Gleichspannungsquelle ausfällt, ist jedoch eine solche Kompensation nicht mehr gewährleistet. Soll der Umrichter desweiteren als reiner Blindleistungskompensator für das elektrische Wechselspannungsversorgungsnetz eingesetzt werden und tritt eine Ungleichheit im Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreis wie vorstehend beschrieben auf, so kann diese Unsymmetrie nur in vorstehend beschriebener Weise kompensiert werden, wenn die Stromrichterschaltung elektrische Energie von der Gleichspannungsquelle beziehen kann, d.h. dass die Gleichspannungsquelle fortlaufend elektrische Energie für den Ausregelvorgang liefert.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Symmetrierung eines Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises anzugeben, durch welches Ungleichheiten von Spannungen an Kondensatoren des Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises in einfacher Weise und ohne Einbezug einer zusätzlichen elektrischen Energiequelle kompensiert werden können. Ferner ist eine Vorrichtung anzugeben, mit der das Verfahren zur Symmetrierung des Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises in besonders einfacher Weise durchgeführt werden kann. Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 7 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Beim erfindungsgemässen Verfahren zur Symmetrierung eines Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises wird der Energiefluss elektrischer Energie des Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises mittels einer Stromrichterschaltung, welche mit einem sten Kondensator und mit einem zweiten Kondensator des Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises verbunden ist, beeinflusst. Weiterhin wird aus einer ersten an dem ersten Kondensator anliegenden Zwischenkreisspannung und aus einer zweiten an dem zweiten Kondensator anliegenden Zwischenkreisspannung ein Zwischenkreisspannungsmittelwert gebildet, der erfindungsgemäss auf einen vorgebbaren Schwellwert hin überwacht wird. Tritt eine wesentliche Überschreitung des Zwischenkreisspannungsmittelwert bezüglich des Schwellwertes auf, so wird der erste Kondensator mittels der Stromrichterschaltung mit einem Energiespeicher verbunden und danach der Energiespeicher mittels der Stromrichterschaltung mit dem zweiten Kondensator verbunden wird. Durch die Verbindung des ersten Kondensators mit dem Energiespeicher, findet ein Energiefluss vom ersten Kondensator zum Energiespeicher statt, wodurch die erste Zwischenkreisspannung am ersten Kondensator erniedrigt wird. Durch die anschliessende Verbindung des Energiespeichers mit dem zweiten Kondensator findet ein Energiefluss vom Energiespeicher zum zweiten Kondensator statt, wodurch die zweite Zwischenkreisspannung am zweiten Kondensator erhöht wird. Insgesamt werden die erste Zwischenkreisspannung und die zweite Zwischenkreisspannung einander angeglichen, wobei vorteilhaft auf den Bezug von elektrischer Energie aus einer zusätzlichen, wie aus dem Stand der Technik bekannten elektrischen Energiequelle zur Kompensation dieser Ungleichheiten der beiden Zwischenkreisspannungen verzichtet werden kann.

Falls der Zwischenkreisspannungsmittelwert desweiteren den Schwellwert wesentlich unterschreitet, so wird der zweite Kondensator mittels der Stromrichterschaltung mit dem Energiespeicher verbunden und danach der Energiespeicher mittels der Stromrichterschaltung mit dem ersten Kondensator verbunden. Durch die Verbindung des zweiten Kondensators mit dem Energiespeicher, findet ein Energiefluss vom zweiten Kondensator zum Energiespeicher statt, wodurch die zweite Zwischenkreisspannung erniedrigt wird. Durch die anschliessende Verbindung des Energiespeichers mit dem ersten Kondensator findet ein Energiefluss vom Energiespeicher zum ersten Kondensator statt, wodurch die erste Zwischenkreisspannung erhöht wird. Die erste Zwischenkreisspannung und die zweite Zwischenkreisspannung werden auch für diesen Fall einander angeglichen, wobei ebenfalls vorteilhaft auf den Bezug von elektrischer Energie aus einer zusätzlichen, wie aus dem Stand der Technik bekannten elektrischen Energiequelle zur Kompensation dieser Ungleichheiten der beiden Zwischenkreisspannungen verzichtet werden kann.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Symmetrierung eines Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises weist die Stromrichterschaltung auf, welche dem ersten Kondensator und mit dem zweiten Kondensator verbunden ist. Weiterhin ist eine Ansteuerschaltung vorgesehen, welche einen Mittelwertbildner zur Bildung des Zwischenkreisspannungsmittelwertes aus der ersten Zwischenkreisspannung und aus der zweiten Zwischenkreisspannung umfasst, wobei die Stromrichterschaltung mit der Ansteuerschaltung verbunden ist. Erfindungsgemäss weist die Ansteuerschaltung eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung des Zwischenkreisspannungsmittelwertes auf den vorgebbaren Schwellwert hin auf, wobei die Überwachungseinrichtung mit dem Mittelwertbildner verbunden ist. Desweiteren weist die Stromrichterschaltung einen ersten ansteuerbaren Schalter und einen zweiten ansteuerbaren Schalter auf, wobei ein Energiespeicher vorgesehen ist, der mit dem ersten Schalter und mit dem zweiten Schalter verbunden ist. Darüber hinaus ist der erste Schalter und der zweite Schalter mit der Ansteuerschaltung verbunden ist, wobei der erste Schalter und der zweite Schalter mit dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator verbindbar ist. Mittels der erfindungsgemässen Vorrichtung ist es vorteilhaft möglich, Unsymmetrien des Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises, d.h. Ungleichheiten der beiden Zwischenkreisspannungen zu kompensieren, wobei insbesondere der erste Schalter und der zweite Schalter dafür sorgen, dass die Verbindung zwischen erstem Kondensator und Energiespeicher und auch die Verbindung zwischen zweitem Kondensator und dem Energiespeicher in sehr einfacher Weise hergestellt werden kann. Weiterhin entfällt vorteilhaft sowohl eine zusätzliche elektrische Energiequelle, welche elektrische Energie für eine wie aus dem Stand der Technik bekannte Ausregelung der beiden Zwischenkreisspannungen auf einen entsprechenden Zwischenkreisspannungssollwert bereitstellen müsste, als auch eine aufwendige und komplizierte Ansteuerschaltung zur vorstehend genannten Ausregelung. Darüber hinaus kommt die erfindungsgemässe Vorrichtung mit einer minimalen Anzahl an Komponenten aus und kann mit einem geringen Mass an Schaltungsaufwand realisiert werden. Zudem gestaltet sich die Vorrichtung nach der Erfindung aufgrund des einfachen Aufbaus und der wenigen Komponenten als sehr wartungsund reparaturfreundlich. Insgesamt kann demnach mit der erfindungsgemässen Vorrichtung das erfindungsgemässe Verfahren in besonders einfacher Weise ausgeführt werden.

Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.

Es zeigen:

Fig. 1

eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Symmetrierung eines DreipunktGleichspannungszwischenkreises,

Fig. 2

ein Spannungsverlauf an einem ersten und zweiten Kondensator des Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises bei einer Symmetrierung nach dem erfindungsgemässen Verfahren und

Fig. 3

eine Ausführungsform einer Ansteuerschaltung einer erfindungsgemässen Vorrichtung.

Die in der Zeichnung verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die beschriebenen Ausführungsformen stehen beispielhaft für den Erfindungsgegenstand und haben keine beschränkende Wirkung.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Symmetrierung eines Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises 1 gezeigt. Die Vorrichtung weist eine Stromrichterschaltung 2 auf, welche mit einem ersten Kondensator C₁ und mit dem zweiten Kondensator C₂ verbunden ist. Die beiden Kondensatoren C₁, C₂ sind gemäss Fig. 1 in Serie geschaltet, wobei die Kondensatoren C₁, C₂ an dem Punkt, an dem sie miteinander verbunden sind, einen Verbindungsanschluss M bilden. Ferner weist der erste Kondensator C₁ einen Anschluss A und der zweite Kondensator C₂ einen Anschluss B auf. Weiterhin ist eine Ansteuerschaltung 4 vorgesehen, die mit der Stromrichterschaltung 2 verbunden ist.

Beim erfindungsgemässen Verfahren zur Symmetrierung eines Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises wird der Energiefluss elektrischer Energie des Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises 1 mittels der Stromrichterschaltung 2 beeinflusst. Aus einer ersten an dem ersten Kondensator C₁ anliegenden Zwischenkreisspannung U_DC1 und aus einer zweiten an dem zweiten Kondensator C₂ anliegenden Zwischenkreisspannung U_DC2 wird weiterhin ein Zwischenkreisspannungsmittelwert U_DC gebildet, der erfindungsgemäss auf einen vorgebbaren Schwellwert U_DCS hin überwacht wird. Der Schwellwert U_DCS wird vorzugsweise in der Grössenordnung Null gewählt. Gemäss Fig. 1 ist die erste Zwischenkreisspannung U_DC1 vom Anschluss A des ersten Kondensators C₁ auf den Verbindungsanschluss M und die zweite Zwischenkreisspannung U_DC2 vom Anschluss B des zweiten Kondensators C₂ auf den Verbindungsanschluss M bezogen. Vorzugsweise wird der Zwischenkreisspannungsmittelwert U_DC nach Massgabe der Formel U_DC = U_DC1 + U_DC2 / (2) gebildet, so dass sich im symmetrischen Zustand des Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises 1, d.h. bei wesentlicher Gleichheit der beiden Zwischenkreisspannungen U_DC1, U_DC2 ein Zwischenkreisspannungsmittelwert U_DC von im wesentlichen Null ergibt.

Tritt nun eine wesentliche Überschreitung des Zwischenkreisspannungsmittelwertes U_DC bezüglich des Schwellwertes U_DCS auf, d.h. ist die erste Zwischenkreisspannung U_DC1 grösser als die zweite Zwischenkreisspannung U_DC2, so wird der erste Kondensator C₁ mittels der Stromrichterschaltung 2 mit einem Energiespeicher 3 verbunden. Danach wird der Energiespeicher 3 mittels der Stromrichterschaltung 2 mit dem zweiten Kondensator C₂ verbunden. Wird für den Energiespeicher 3 ein Kondensator mit dem Wert C gewählt, wobei C wesentlich kleiner ist als der ersten Kondensators C₁ und der zweite Kondensators C₂, so ist der Energiespeicher 3 vor der vorstehend beschriebenen Verbindung zum ersten Kondensator C₁ im wesentlichen entladen und lädt sich nach dieser Verbindung im wesentlichen auf einen Wert der doppelten ersten Zwischenkreisspannung U_DC1 auf. Durch die Verbindung des ersten Kondensators C₁ mit dem Energiespeicher 3, findet somit ein Energiefluss vom ersten Kondensator C₁ zum Energiespeicher 3 statt, wodurch die erste Zwischenkreisspannung U_DC1 um einen Wert dU_DC1 erniedrigt wird. Durch die danach folgende Verbindung des Energiespeichers 3 mit dem zweiten Kondensator C₂ findet ein Energiefluss vom Energiespeicher 3 zum zweiten Kondensator C₂ statt, wodurch die zweite Zwischenkreisspannung U_DC2 um einen Wert dU_DC2 erhöht wird. In Fig. 2 ist ein Spannungsverlauf am ersten und zweiten Kondensator C₁, C₂ des Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises 1 bei einer Symmetrierung nach dem erfindungsgemässen Verfahren für den Fall, dass eine wesentliche Überschreitung des Zwischenkreisspannungsmittelwertes U_DC bezüglich des Schwellwertes U_DCS auftritt, gezeigt.

Durch die Verbindung des ersten Kondensators C₁ mit dem Energiespeicher 3 und die nachfolgende Verbindung des Energiespeichers 3 mit dem zweiten Kondensator C₂ werden die erste Zwischenkreisspannung U_DC1 und die zweite Zwischenkreisspannung U_DC2 einander angeglichen, wobei vorteilhaft auf den Bezug von elektrischer Energie aus einer zusätzlichen, wie aus dem Stand der Technik bekannten elektrischen Energiequelle zur Kompensation dieser Ungleichheiten der beiden Zwischenkreisspannungen U_DC1, U_DC2 verzichtet werden kann.

Sollte der Zwischenkreisspannungsmittelwert U_DC nach den vorstehend beschriebenen Schaltvorgängen der Stromrichterschaltung 2 noch wesentlich grösser als der Schwellwert U_DCS sein, so wird der erste Kondensator C₁ erneut mittels der Stromrichterschaltung 2 für die vorgebbare Zeit T_B mit dem Energiespeicher 3 verbunden, der danach für die vorgebbare Zeit T_B mit dem zweiten Kondensator C₂ verbunden wird. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis der Zwischenkreisspannungsmittelwert U_DC mit dem Schwellwert U_DCS wesentlich übereinstimmt. Tritt diese wesentliche Übereinstimmung ein, d.h. falls die aufgetretenen Ungleichheiten am Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreis 1 im wesentlichen kompensiert sind, so wird der Energiespeicher 3 erfindungsgemäss mittels der Stromrichterschaltung 2 mit dem Verbindungsanschluss M verbunden.

Gemäss Fig. 2 erfolgt die Verbindung des ersten Kondensators C, mit dem Energiespeicher 3 und danach die Verbindung des Energiespeichers 3 mit dem zweiten Kondensator C₂ vorteilhaft jeweils innerhalb einer vorgebbaren Zeit T_B. Die vorgebbare Zeit T_B wird in Abhängigkeit der Werte des ersten Kondensators C₁, des zweiten Kondensators C₂ und des Energiespeichers 3 bestimmt. Vorzugsweise wird die vorgebbare Zeit T_B nach Massgabe der Formel T_B = π · sqrt(2L_C · C · C₁ + C₂ / (2) / (C + C₁ + C₂ / (2))), bestimmt, wobei C ein Kondensator des Energiespeichers 3 und L_c eine Induktivität des Energiespeichers 3 gemäss Fig. 1 ist.

Falls der Zwischenkreisspannungsmittelwert U_DC den Schwellwert U_DCS wesentlich unterschreitet, d.h. ist die zweite Zwischenkreisspannung U_DC2 grösser als die erste Zwischenkreisspannung U_DC1, so wird nach dem erfindungsgemässen Verfahren der zweite Kondensator C₂ mittels der Stromrichterschaltung 2 mit dem Energiespeicher 3 verbunden und danach der Energiespeicher 3 mittels der Stromrichterschaltung 2 mit dem ersten Kondensator C₁ verbunden. Durch die Verbindung des zweiten Kondensators C₂ mit dem Energiespeicher 3 findet ein Energiefluss vom zweiten Kondensator C₂ zum Energiespeicher 3 statt, wodurch die zweite Zwischenkreisspannung U_DC2, in ähnlicher Weise wie in Fig. 2 für die erste Zwischenkreisspannung U_DC1 gezeigt, um einen Wert dU_DC2 erniedrigt wird. Durch die anschliessende Verbindung des Energiespeichers 3 mit dem ersten Kondensator C₁ findet ein Energiefluss vom Energiespeicher 3 zum ersten Kondensator C₁ statt, wodurch die erste Zwischenkreisspannung U_DC1, in ähnlicher Weise wie in Fig. 2 für die zweite Zwischenkreisspannung U_DC2 gezeigt, um einen Wert dU_DC1 erhöht wird. Die erste Zwischenkreisspannung U_DC1, und die zweite Zwischenkreisspannung U_DC2 werden auch für diesen Fall vorteilhaft einander angeglichen.

In analoger Weise wie vorstehend anhand von Fig. 2 für den ZwischenkreisspannungsmittelwertU_DC, der den Schwellwert U_DCS wesentlich überschreitet, erläutert, erfolgt bei einem wesentlichen Unterschreiten des Schwellwertes U_DCS die Verbindung des ersten Kondensators C₁ mit dem Energiespeicher 3 und danach die Verbindung des Energiespeichers 3 mit dem zweiten Kondensator C₂ vorteilhaft ebenfalls jeweils innerhalb der vorgebbaren Zeit T_B. Die vorgebbare Zeit T_B wird in Abhängigkeit der Werte des ersten Kondensators C₁, des zweiten Kondensators C₂ und des Energiespeichers 3 bestimmt, wobei die vorstehend angegebene Formel für die vorgebbare Zeit T_B ebenfalls gilt.

Sollte der Zwischenkreisspannungsmittelwert U_DC nach den vorstehend beschriebenen Schaltvorgängen der Stromrichterschaltung 2 noch wesentlich kleiner als der Schwellwert U_DCS sein, so wird der zweite Kondensator C₂ erneut mittels der Stromrichterschaltung 2 für die vorgebbare Zeit T_B mit dem Energiespeicher 3 verbunden, der danach für die vorgebbare Zeit T_B mit dem ersten Kondensator C₁ verbunden wird. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis der Zwischenkreisspannungsmittelwert U_DC mit dem Schwellwert U_DCS wesentlich übereinstimmt. Falls diese wesentliche Übereinstimmung eintritt, d.h. falls die aufgetretenen Ungleichheiten am Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreis im wesentlichen kompensiert sind, wird der Energiespeicher 3 erfindungsgemäss mittels der Stromrichterschaltung 2 mit dem Verbindungsanschluss M verbunden. Dadurch wird erreicht, dass sich der Energiespeicher 3 sicher von einer eventuell noch vorhandenen Restladung entladen kann.

Insgesamt stellt das erfindungsgemässe Verfahren zur Symmetrierung des Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises 1 eine besonders einfache und kostengünstige Lösung dar, mit welchem vorteilhaft Ungleichheiten die Zwischenkreisspannungen U_DC1, U_DC2 an Kondensatoren C₁, C₂ des Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises 1 in einfacher Weise und ohne Einbezug einer zusätzlichen elektrischen Energiequelle kompensiert werden können. Wird die Stromrichterschaltung 2 mit dem Energiespeicher 3 über den Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreis 1 an einen Umrichter angekoppelt, welcher Umrichter als Blindleistungskompensator für ein elektrisches Wechselspannungsversorgungsnetz eingesetzt werden soll, so kann das vorstehend beschriebene erfindungsgemässe Verfahren vorteilhaft zur Symmetrierung des Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises 1 eingesetzt werden, falls Ungleichheiten der beiden Zwischenkreisspannungen U_DC1, U_DC2 bei dieser Anwendung auftreten sollten. Es versteht sich, dass sich das erfindungsgemässe Verfahren zur Symmetrierung des Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises 1 allgemein bei solchen Anwendungen einsetzen lässt, wo Ungleichheiten der beiden Zwischenkreisspannungen U_DC1, U_DC2 im Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreis 1 auftreten können.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Symmetrierung eines Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises 1 weist, wie bereits erwähnt, die Stromrichterschaltung 2 auf, welche mit dem ersten Kondensator C₁ und mit dem zweiten Kondensator C₂ verbunden ist. Weiterhin ist die bereits erwähnte Ansteuerschaltung 4 vorgesehen. Desweiteren weist die Stromrichterschaltung 2 einen ersten ansteuerbaren Schalter 18 und einen zweiten ansteuerbaren Schalter 19 auf, wobei der bereits erwähnte Energiespeicher 3 mit dem ersten Schalter 18 und mit dem zweite Schalter 19 verbunden ist. Der erste und der zweite ansteuerbare Schalter 18, 19 weist vorteilhaft Leistungshalbleiterschalter auf, wobei jeder Leistungshalbleiterschalter vorzugsweise einen integrierten ansteuerelektroden-kommutierten Thyristor oder einen Bipolartransistor mit isoliert angeordneter Ansteuerelektrode oder einen Metaloxid-Feldeffekttransistor aufweist. Darüber hinaus ist der erste Schalter 18 und der zweite Schalter 19 mit der Ansteuerschaltung verbunden ist, wobei der erste Schalter 18 und der zweite Schalter 18 auf Betätigungssignale S₁, S₂ der Ansteuerschaltung 4 hin mit dem ersten Kondensator C₁ und dem zweiten Kondensator C₂ verbindbar ist.

Nachfolgend wird die Ansteuerschaltung 4 anhand einer Ausführungsform gemäss Fig. 3 näher beschrieben. Gemäss Fig. 3 weist die Ansteuerschaltung 4 einen Mittelwertbildner 5 zur Bildung des Zwischenkreisspannungsmittelwertes U_DC aus der ersten Zwischenkreisspannung U_DC1 und aus der zweiten Zwischenkreisspannung U_DC2 auf. Dem Mittelwertbildner 5 sind dazu eingangsseitig die beiden Zwischenkreisspannungen U_DC1, U_DC2 zugeführt, wobei am Ausgang des Mittelwertbildners 5 der nach der bereits erwähnten Formel gebildete Zwischenkreisspannungsmittelwert U_DC anliegt. Erfindungsgemäss weist die Ansteuerschaltung 4 gemäss Fig. 3 eine Überwachungseinrichtung 6 zur Überwachung des Zwischenkreisspannungsmittelwertes U_DC auf den vorgebbaren Schwellwert U_DCS hin auf, wobei die Überwachungseinrichtung 6 mit dem Mittelwertbildner 5 verbunden ist, wodurch der Überwachungseinrichtung 6 der Zwischenkreisspannungsmittelwert U_DC zugeführt ist. Femer ist der Überwachungseinrichtung 6 der vorgebbare Schwellwert U_DCS eingangsseitig zugeführt. Die Überwachungseinrichtung 6 weist einen ersten Vergleicher 7 und eine zweiten Vergleicher 16 auf, wobei dem ersten Vergleicher 7 der ZwischenkreisspannungsmittelwertU_DC und der vorgebbare Schwellwert U_DCS und dem zweiten Vergleicher 16 der ZwischenkreisspannungsmittetwertU_DC und der vorgebbare Schwellwert U_DCS als negierter Wert zugeführt sind. Ist der Zwischenkreisspannungsmittelwert U_DC grösser als der vorgebbare Schwellwert U_DCS, so liegt am Ausgang des ersten Vergleichers 7 logisch "1", ansonsten logisch "0" an. Ist der Zwischenkreisspannungsmittelwert U_DC kleiner als der vorgebbare Schwellwert U_DCS, so liegt am Ausgang des zweiten Vergleichers 16 logisch "1", ansonsten logisch "0" an.

Mittels der Ansteuerschaltung 4, insbesondere mittels den beiden Vergleichern 7, 16 kann auf sehr einfache Weise ein Überschreiten beziehungsweise ein Unterschreiten des ZwischenkreisspannungsmittelwertesU_DC bezüglich des vorgebbaren Schwellwertes U_DCS detektiert werden, wozu zudem nur ein geringer Bauteilaufwand notwendig ist.

Gemäss Fig. 3 weist die Ansteuerschaltung 4 ferner eine erste Schaltzustandsausgabeeinrichtung 8 und eine zweite Schaltzustandsausgabeeinrichtung 15, wobei die erste Schaltzustandsausgabeeinrichtung 8 mit dem Ausgang des ersten Vergleichers 7 und die zweite Schaltzustandsausgabeeinrichtung 15 mit dem Ausgang des zweiten Vergleichers 16 verbunden ist. Die erste Schaltzustandsausgabeeinrichtung 8 umfasst zudem eine erste monostabile Kippstufe 9 und eine zweite monostabile Kippstufe 10. Weiterhin umfasst die zweite Schaltzustandsausgabeeinrichtung 15 eine erste monostabile Kippstufe 14 und eine zweite monostabile Kippstufe 13. Sämtliche monostabilen Kippstufen 9, 10, 13, 14 sprechen auf ein eingangseitiges Signal mit einer positiven Flanke an und sind derart ausgebildet, dass sie sich nach dem Ansprechen während der vorgebbaren Zeit T_B in einem nicht-stabilen Zustand, d.h. gemäss Fig. 3 im Zustand logisch "1" befinden und danach in einen stabilen Zustand, d.h. gemäss Fig. 3 in den Zustand logisch "0" umschalten. Die vorgebbare Zeit T_B ist in Abhängigkeit der Werte des ersten Kondensators C₁, des zweiten Kondensators C₂ und des Energiespeichers 3 bestimmbar, wobei die vorstehend angegebene Formel für die vorgebbare Zeit T_B gilt.

Gemäss Fig. 3 ist die erste monostabile Kippstufe 9 der ersten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 8 mit dem ersten Vergleicher 7 und die erste monostabile Kippstufe 14 der zweiten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 15 mit dem zweiten Vergleicher 16 verbunden. Darüber hinaus ist der Ausgang der ersten monostabilen Kippstufe 9 der ersten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 8 mit der zweiten monostabilen Kippstufe 10 der ersten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 8 mittelbar, d.h. gemäss Fig. 3 über einen Negierer verbunden. Weiterhin ist der Ausgang der ersten monostabilen Kippstufe 9 der ersten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 8 mit einer ODER-Logikschaltung 11 der ersten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 8 verbunden. Gemäss Fig. 3 ist der Ausgang ersten monostabilen Kippstufe 14 der zweiten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 15 mit der zweiten monostabilen Kippstufe 13 der zweiten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 15 mittelbar, d.h. gemäss Fig. 3 über einen Negierer verbunden. Zudem ist der Ausgang der ersten monostabilen Kippstufe 14 der zweiten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 15 mit einer ODER-Logikschaltung 12 der zweiten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 15 verbunden. Der Ausgang der zweiten monostabilen Kippstufe 10 der ersten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 8 ist gemäss Fig. 3 mit der ODER-Logikschaltung 12 der zweiten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 15 verbunden. Ferner ist der Ausgang der zweiten monostabilen Kippstufe 13 der zweiten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 15 gemäss Fig. 3 mit der ODER-Logikschaltung 11 der ersten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 8 verbunden ist. Darüber hinaus weist die Ansteuerschaltung 4 gemäss Fig. 3 eine Betätigungseinrichtung 17 auf, die der Betätigung des ersten Schalters 18 und des zweiten Schalters 19 dient, und die dazu gemäss Fig. 1 mit den beiden Schaltern 18, 19 verbunden ist. Gemäss Fig. 3 ist der Eingang der Betätigungseinrichtung 17 mit dem Ausgang der ODER-Logikschaltung 11 der ersten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 8 und mit dem Ausgang der ODER-Logikschaltung 12 der zweiten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 15 verbunden. Am Ausgang der Betätigungseinrichtung liegen weiterhin die bereits erwähnten Betätigungssignale S₁, S₂ an, wobei der erste Schalter 18 und der zweite Schalter 19 wie bereits erwähnt auf Betätigungssignale S₁, S₂ der Betätigungseinrichtung 17 der Ansteuerschaltung 4 hin mit dem ersten Kondensator C₁ und dem zweiten Kondensator C₂ verbindbar sind.

Mittels der Schaltzustandsausgabeeinrichtungen 8, 15, insbesondere mittels der Kippstufen 9, 10, 13, 14 kann die vorgebbare Zeit T_B, für welche die vorstehend beschriebenen Verbindungen der Kondensatoren C₁, C₂ zum Energiespeicher 3 bestehen sollen, sehr einfach eingestellt und realisiert werden. Desweiteren ist durch die ODER-Logikschaltung 11 der ersten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 8 und durch die ODER-Logikschaltung 12 der zweiten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 15 eine einfache Möglichkeit gegeben, logische Signale zu erzeugen, aus welchen aufgrund der nachfolgend beschriebenen Signalkombinationen Schaltzustände der Schalter 18, 19 der Stromrichterschaltung 2 abgeleitet werden können, wobei die Betätigungseinrichtung 17 daraus die entsprechenden Betätigungssignale S₁, S₂ generiert.

Nachfolgend wird die Funktion Ansteuerschaltung 4, insbesondere die Generierung der Betätigungssignale S₁, S₂ durch die Betätigungseinrichtung 17 anhand von Fig. 3 und Fig. 1 detailliert beschrieben. Wird von der Überwachungseinrichtung ein Überschreiten des ZwischenkreisspannungsmittelwertU_DC bezüglich des vorgebbaren Schwellwertes U_DCS detektiert, so wird für die Zeit T_B von der ODER-Logikschaltung 11 der ersten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 8 logisch "1" und von der ODER-Logikschaltung 12 der zweiten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 15 logisch "0" ausgegeben. Auf diese Ausgabe der beiden ODER-Logikschaltungen 11, 12 hin wird ein erstes Betätigungssignal S, derart durch die Betätigungseinrichtung 17 generiert, dass der erste Schalter 18 an den Anschluss A geschaltet wird. Desweiteren wird ein zweites Betätigungssignal S₂ derart durch die Betätigungseinrichtung 17 generiert, dass der zweite Schalter 19 an den Verbindungsanschluss M geschaltet wird. Demnach entsteht die gewünschte Verbindung zwischen dem Kondensator C₁ und dem Energiespeicher 3. Danach wird für die Zeit T_B von der ODER-Logikschaltung 11 der ersten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 8 logisch "0" und von der ODER-Logikschaltung 12 der zweiten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 15 logisch "1" ausgegeben. Auf diese Ausgabe der beiden ODER-Logikschaltungen 11, 12 hin wird das erste Betätigungssignal S₁ derart von der Betätigungseinrichtung 17 generiert, dass der erste Schalter 18 an den Verbindungsanschluss M geschaltet wird. Zudem wird das zweite Betätigungssignal S₂ derart generiert, dass der zweite Schalter 19 an den Anschluss B geschaltet wird. Dadurch entsteht die gewünschte Verbindung zwischen dem Energiespeicher 3 und dem Kondensator C₂.

Wird von der Überwachungseinrichtung hingegen ein Unterschreiten des ZwischenkreisspannungsmittelwertU_DC bezüglich des vorgebbaren Schwellwertes U_DCS detektiert, so wird für die Zeit T_B von der ODER-Logikschaltung 11 der ersten Schattzustandsausgabeeinrichtung 8 logisch "0" und von der ODER-Logikschaltung 12 der zweiten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 15 logisch "1" ausgegeben. Auf diese Ausgabe der beiden ODER-Logikschaltungen 11, 12 hin wird das erste Betätigungssignal S₁ derart generiert, dass der erste Schalter 18 an den Verbindungsanschluss M geschaltet wird. Darüber hinaus wird das zweite Betätigungssignal S₂ derart generiert, dass der zweite Schalter 19 an den Anschluss B geschaltet wird. Demnach entsteht die gewünschte Verbindung zwischen dem Kondensator C₂ und dem Energiespeicher 3. Danach wird für die Zeit T_B von der ODER-Logikschaltung 11 der ersten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 8 logisch "1" und von der ODER-Logikschaltung 12 der zweiten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 15 logisch "0" ausgegeben. Auf diese Ausgabe der beiden ODER-Logikschaltungen 11, 12 hin wird das erste Betätigungssignal S₁ derart generiert, dass der erste Schalter 18 an den Anschluss A geschaltet wird, und das zweite Betätigungssignal S₂ derart generiert, dass der zweite Schalter 19 an den Verbindungsanschluss M geschaltet wird. Dadurch entsteht die gewünschte Verbindung zwischen dem Energiespeicher 3 und dem Kondensator C₁.

Falls der Zwischenkreisspannungsmittelwert U_DC mit dem Schwellwert U_DCS wesentlich übereinstimmt, d.h. falls die aufgetretenen Ungleichheiten am Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreis im wesentlichen kompensiert sind, wird von der ODER-Logikschaltung 11 der ersten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 8 logisch "1" und von der ODER-Logikschaltung 12 der zweiten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 15 logisch "1" oder von der ODER-Logikschaltung 11 der ersten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 8 logisch "0" und von der ODER-Logikschaltung 12 der zweiten Schaltzustandsausgabeeinrichtung 15 logisch "0" ausgegeben. Auf diese beiden Ausgabemöglichkeiten der beiden ODER-Logikschaltungen 11, 12 hin wird das erste Betätigungssignal S₁ und das zweite Betätigungssignal S₂ derart generiert, dass der erste Schalter 18 und der zweite Schalter an den Verbindungsanschluss M geschaltet wird. Dadurch wird der Energiespeicher 3 in gewünschtem Masse mit dem Verbindungsanschluss M verbunden.

Insgesamt stellt die erfindungsgemässe Vorrichtung eine äusserst kostengünstige Lösung dar, da sie mit einem Minimum an Komponenten auskommt und somit einfach zu realisieren ist und aufwendige Wartungs- und Reparaturarbeiten reduziert werden können. Weiterhin ist es mittels der erfindungsgemässen Vorrichtung vorteilhaft möglich, Unsymmetrien des Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreises auf sehr einfache Weise zu kompensieren, wobei insbesondere die mit der Ansteuerschaltung 4 verbundenen Schalter 18, 19 der Stromrichterschaltung 2 dafür sorgen, dass die vorstehend erwähnten Verbindungen einfach und problemlos hergestellt werden können. Demnach kann mit der erfindungsgemässen Vorrichtung das erfindungsgemässe Verfahren in besonders einfacher Weise ausgeführt werden.

1

Dreipunkt-Gleichspannungszwischenkreis

2

Stromrichterschaltung

3

Energiespeicher

4

Ansteuerschaltung

5

Mittelwertbildner

6

Überwachungseinrichtung

7

erster Vergleicher

8

erste Schaltzustandsausgabeeinrichtung

9

erste monostabile Kippstufe der ersten Schaltzustandsausgabeeinrichtung

10

zweite monostabile Kippstufe der ersten Schaltzustandsausgabeeinrichtung

11

ODER-Logikschaltung der ersten Schaltzustandsausgabeeinrichtung

12

ODER-Logikschaltung der zweiten Schaltzustandsausgabeeinrichtung

13

zweite monostabile Kippstufe der zweiten Schaltzustandsausgabeeinrichtung

14

erste monostabile Kippstufe der zweiten Schattzustandsausgabeeinrichtung

15

zweite Schaltzustandsausgabeeinrichtung

16

zweiter Vergleicher

17

Betätigungseinrichtung

18

erster Schalter

19

zweiter Schalter