DE4344709C2 - Process for converting DC or AC voltages of different sizes into an arbitrarily specified voltage - Google Patents

Process for converting DC or AC voltages of different sizes into an arbitrarily specified voltage

Info

Publication number
DE4344709C2
DE4344709C2 DE4344709A DE4344709A DE4344709C2 DE 4344709 C2 DE4344709 C2 DE 4344709C2 DE 4344709 A DE4344709 A DE 4344709A DE 4344709 A DE4344709 A DE 4344709A DE 4344709 C2 DE4344709 C2 DE 4344709C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
voltage
circuit
input
resonant circuit
parallel resonant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE4344709A
Other languages
German (de)
Other versions
DE4344709A1 (en
Inventor
Michael Dipl Ing Kokes
Anton Seelig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler Benz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler Benz AG filed Critical Daimler Benz AG
Priority to DE4344709A priority Critical patent/DE4344709C2/en
Publication of DE4344709A1 publication Critical patent/DE4344709A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE4344709C2 publication Critical patent/DE4344709C2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/25Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M5/27Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means for conversion of frequency
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/01Resonant DC/DC converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33573Full-bridge at primary side of an isolation transformer
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/337Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in push-pull configuration
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/225Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode comprising two stages of AC-AC conversion, e.g. having a high frequency intermediate link
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4826Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode operating from a resonant DC source, i.e. the DC input voltage varies periodically, e.g. resonant DC-link inverters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/26Rail vehicles
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/0074Plural converter units whose inputs are connected in series

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von Gleich- oder Wechseleingangsspannungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Anordnung zur Realisierung des Verfahrens.The invention relates to a method for converting equals or AC input voltages according to the preamble of claim 1, and an arrangement to implement the method.

Für die Energieübertragung, bei welcher verschiedene Speisespannungen mit unterschiedlichen Frequenzen in eine einheitliche, von dem einspeisenden System potential getrennte Versorgungsspannung umgewandelt werden sollen, sind in letzter Zeit Mittelfrequenzübertragungssysteme mit resonantschaltenden Stromrichtern bekannt geworden. Dabei werden Gleich- oder Wechselspannungen zunächst in eine mittelfrequente Wechselspannung von beispielsweise 25 kHz gewandelt und auf der Verbraucherseite in unterschiedlicher Form zur Verfügung gestellt. In Stromrichtern, welche den Verbrauchern zugeordnet sind, werden die jeweils benötigte Spannung und Frequenz ein letztes Mal gewandelt. Diese Energieübertragung hat folgende Vorteile: Einmal haben alle zur Potentialtrennung und Spannungsanpassung benötigten Transformatoren sowie die in Stromversorgungsgeräten eingesetzten Induktivitäten und Kondensatoren bei der hohen Frequenz nur einen Bruchteil des Volumens, Gewichts und damit der Verluste von leistungsgleichen 50 Hz-Bauelementen. Außerdem können bei der hohen Frequenz ohne Beeinträchtigung der dynamischen Eigenschaften von Regelungen Schaltpunkte der Leistungshalbleiter in die Nulldurchgänge von Strömen oder Spannungen der Mittelfrequenz­ schwingungen gelegt werden. For the energy transfer, in which different supply voltages with different frequencies in a uniform, from the feeding System potential separated supply voltage are to be converted have been using medium frequency transmission systems lately become known resonant switching converters. In doing so, or alternating voltages initially in a medium-frequency alternating voltage of, for example, 25 kHz and converted into on the consumer side different form provided. In converters, which are assigned to the consumers, the voltage required in each case and frequency changed one last time. Has this energy transfer The following advantages: Once everyone has potential isolation and Voltage adjustment required transformers as well as those in Power supply devices used inductors and capacitors the high frequency only a fraction of the volume, weight and thus the losses of 50 Hz components with the same power. also can at high frequency without affecting the dynamic Properties of controls switching points of the power semiconductors in the Zero crossings of currents or voltages of the medium frequency vibrations are placed.  

Dieses resonante Schalten reduziert die Schaltverluste der Leistungshalbleiter und die von Schaltvorgängen ausgehenden elektromagnetischen Störungen erheblich. Darüberhinaus werden die bei nichtresonanten Schaltvorgängen erforderlichen Beschaltungen der Leistungshalbleiter eingespart.This resonant switching reduces the switching losses of the Power semiconductors and those based on switching operations electromagnetic interference significantly. In addition, the at non-resonant switching operations required wiring of the Power semiconductors saved.

Von P. K. Sood und T. A. Lipo: "Power Conversion Distribution System Using a Resonant High Frequency AC Link", IEEE-IAS, Annual Conference Record 1986, pp. 533 ist ein Mittelfrequenzübertragungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Danach werden Gleichspannungen oder Wechselspannungen eines ersten als Eingangskreis bezeichneten Stromkreises, in welchem eine Induktivität Energie speichert und die Änderungsgeschwindigkeit des Eingangsstromes begrenzt, in davon galvanisch getrennte Gleich- oder Wechselspannungen eines zweiten als Ausgangskreis bezeichneten Stromkreises gewandelt, wobei die galvanische Trennung über ein Transformatorglied erfolgt, daß mit einem parallelgeschalteten Parallelschwingkreis einen zwischen Eingangskreis und Ausgangskreis liegenden Wechselspannungszwischenkreis bildet. Die Frequenz des Zwischenkreises wird durch die Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises gegeben, welche wesentlich höher als die höchste vorkommende Frequenz der Eingangswechselspannung ist. Elektronische Schalter, welche zu Stromrichtern nach Art eines Wechsel- oder Direktumrichters zusammengeschaltet sind, steuern den Leistungsfluß zwischen Eingangskreis und Parallelschwingkreis.By P. K. Sood and T. A. Lipo: "Power Conversion Distribution System Using a Resonant High Frequency AC Link ", IEEE-IAS, Annual Conference Record 1986, pp. 533 is a medium frequency transmission system according to the The preamble of claim 1 is known. Then DC voltages or alternating voltages of a first designated as an input circuit Circuit in which an inductor stores energy and the Rate of change of the input current limited, in thereof galvanically isolated direct or alternating voltages of a second as Output circuit designated circuit converted, the galvanic Separation takes place via a transformer element that with a parallel-connected parallel resonant circuit one between the input circuit and Output circuit lying AC voltage intermediate circuit forms. The Frequency of the intermediate circuit is determined by the resonance frequency of the Given parallel resonant circuit, which is much higher than the highest occurring frequency of the AC input voltage. Electronic Switches which convert to converters in the manner of an alternating or Direct converters are interconnected, control the power flow between input circuit and parallel resonant circuit.

An den Parallelschwingkreis eines derartigen Mittelfrequenzübertragungssystems können mehrere Verbraucher über weitere Stromrichter angeschlossen werden. Die für jeden Verbraucher individuell benötigte Spannung und Frequenz kann dabei nach dem Verfahren der Pulsdichtemodulation durch Aneinanderreihen und Auslassen von Halbschwingungen der Mittelfrequenz gebildet werden.To the parallel resonant circuit of such Medium frequency transmission system can have multiple consumers additional power converters can be connected. The one for every consumer individually required voltage and frequency can be determined according to the Pulse density modulation method by stringing and omitting are formed by half vibrations of the center frequency.

Der hier zugrunde liegende Gedanke besteht darin, daß eine halbe Periode der hochfrequenten Spannung als Einheit für die Synthese des Mittelwertes einer niederfrequenten Spannung benutzt wird, um in einer Induktivität jeden gewünschten Stromverlauf zu erzeugen. The underlying idea here is that half a period the high-frequency voltage as a unit for the synthesis of the mean a low frequency voltage is used to in an inductor to generate any desired current profile.  

Sind die Spannungen der Eingangs- und Ausgangskreise Wechselspannungen, sind die elektronischen Schalter bidirektionale Schalter, die beispielsweise aus Kombinationen von GTOS oder Transistoren und Dioden, bzw. IGBTs und Dioden bestehen.Are the voltages of the input and output circuits alternating voltages, are the electronic switches bidirectional switches that for example from combinations of GTOS or transistors and diodes, or IGBTs and diodes.

Die Veröffentlichung von O. Wasynczuk und P. C. Krause: "Simulation and Dynamic Performance of a 20 kHz Spacekraft Power System", IEEE 1990, CH2881-1/90, pp. 343 zeigt ein Mittelfrequenzübertragungssystem, an das als Lasten ein Gleichrichter über einen Transformator und ein Mittelfre­ quenz-Drehstrom-Direktumrichter zur Speisung eines Induktionsmotors angeschlossen sind. Die Leistungseinspeisung in das Mittelfrequenz­ leistungssystem mit dem Parallelschwingkreis erfolgt durch paarweise über Ausgangstransformatoren in Reihe geschaltete als "Maphaminverter" bezeichnete Thyristorwechselrichter. Jedes Wechselrichterpaar speist über ein in Reihe geschaltetes Filter Leistung in den Parallelschwingkreis. Die Schwingkreisspannung und die Höhe der Speiseströme der Wechselrichter­ paare werden durch Verändern der Phasenwinkel der Teilwechselrichter­ spannungen eines Maphaminverters untereinander und der Phasenwinkel zwischen den Ausgangsströmen der Wechselrichterpaare eingestellt.The publication by O. Wasynczuk and P. C. Krause: "Simulation and Dynamic Performance of a 20 kHz Space Force Power System ", IEEE 1990, CH2881-1 / 90, pp. 343 shows a medium frequency transmission system to which as loads, a rectifier via a transformer and a medium fre quenz three-phase direct converter for feeding an induction motor are connected. The power feed into the medium frequency Power system with the parallel resonant circuit is carried out in pairs Output transformers connected in series as "mapham converters" designated thyristor inverters. Each pair of inverters feeds a series-connected filter power in the parallel resonant circuit. The Resonant circuit voltage and the level of the supply currents of the inverters Pairs are made by changing the phase angle of the partial inverters tensions between a mapham converter and the phase angle between the output currents of the inverter pairs.

Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Mittelfrequenzübertragungs­ systeme ist die Begrenzung der Speisespannung des Eingangskreises durch die Sperrspannung der als elektronische Schalter oder Stromrichter verwendeten Leistungshalbleiter bei Übertragungsleistungen im 10 kW- Bereich und darüber.A major disadvantage of this known medium frequency transmission systems is the limitation of the supply voltage of the input circuit the reverse voltage of the as an electronic switch or converter used power semiconductors with transmission powers in the 10 kW Area and above.

Die begrenzte Eingangsspannung führt bei groben Leistungen zu hohen Stromstärken und damit zu aufwendigen Parallelschaltungen von Leistungshalbleitern und großen Leitungsquerschnitten von Verbindungs­ leitungen und Wicklungen, die wegen der hohen Frequenz aus einer aufwendig hergestellten und daher teuren Mittelfrequenzlitze bestehen. Die realisierbare Eingangsspannung muß umso niedriger gewählt werden, je höher die angestrebte Übertragungsfrequenz und damit der Volumen- und Gewichtsvorteil bei den elektromagnetischen Bauelementen und Kondensa­ toren ist. Das liegt daran, daß aufgrund physikalischer Gesetze die Sperrspannungen der Leistungshalbleiter umso kleiner sind, je höher die Schaltgeschwindigkeit und Frequenz ist, für welche die Leistungshalbleiter ausgelegt werden. The limited input voltage leads to high levels of power Amperages and thus to complex parallel connections from Power semiconductors and large cable cross sections of connections cables and windings, which because of the high frequency from one elaborately manufactured and therefore expensive medium frequency braids exist. The realizable input voltage must be chosen the lower, depending higher the desired transmission frequency and thus the volume and Weight advantage for the electromagnetic components and condensates is fool. This is because, due to physical laws, the The higher the blocking voltages of the power semiconductors, the smaller the Switching speed and frequency is for which the power semiconductors be interpreted.  

Der Nachteil der begrenzten Eingangsspannung wird besonders gravierend, wenn sie durch die Normung der Speisespannung beispielsweise der Netzspannung einen hohen Wert hat. So liegen beispielsweise die Eingangsspannungen der Stromversorgung von Reisezugwagen im europäischen Eisenbahnnetz zwischen 1000 und 5000 V. Grundsätzlich sind Stromrichter für hohe Eingangsspannungen mit in Reihe geschalteten Leistungshalbleitern realisierbar, doch dabei muß die gleichmäßige Spannungsaufteilung auf die Leistungshalbleiter während der Schaltvorgänge, die weniger als 1 µs dauern, durch aufwendige Beschaltungen sichergestellt werden.The disadvantage of the limited input voltage becomes particularly serious, if, for example, the standardization of the supply voltage Mains voltage has a high value. For example, the Input voltages for the power supply of passenger coaches in the European rail network between 1000 and 5000 V. Basically Power converters for high input voltages with series connected Power semiconductors can be implemented, but the uniform must Voltage distribution on the power semiconductors during the Switching processes that take less than 1 µs due to complex Circuits are ensured.

Das Mittelfrequenzübertragungssystem nach Lipo hat einen weiteren Nachteil, der in seinen Regeleigenschaften und den davon ausgehenden Auswirkungen auf die Dimensionierung begründet ist. Bei diesem Prinzip werden in den Zuleitungen zum speisenden Netz sinusförmige Ströme nach der von Lipo beschriebenen Methode der Pulsdichtemodulation eingestellt. Hierbei steigt der Strom in den Induktivitäten der Eingangsleitungen an, wenn der Stromrichter den Parallelschwingkreis vom Eingang abtrennt und den Eingang kurzschließt. Werden dagegen Halbschwingungen der Schwingkreisspannung der treibenden Speisespannung entgegen geschaltet, nimmt der Eingangsstrom ab. Nach derselben Methode ist auch das Verhältnis zwischen der Speisespannung und der Mittelfrequenzspannung am Parallelschwingkreis in beschränkten Grenzen einstellbar. Grobe Änderungen der Eingangsspannungen bei beispielsweise annähernd konstanter Mittelfrequenzspannung können nach dieser Methode nur ausgeregelt werden, wenn der Energieinhalt des Parallelschwingkreises und der Eingangsinduktivitäten so bemessen wird, daß er ein Vielfaches der in einer Halbperiode der Mittelfrequenz übertragbaren Energie ausmacht. In der Praxis muß man mit dem Zehnfachen dieses Energiebetrages rechnen. Bei niedrigen Eingangsspannungen betragen nämlich die Zeiten in den Lücken zwischen den vom Stromrichter in den Eingangskreis eingespeisten Spannungshalbschwingungen ein Vielfaches der Halbschwingungsdauer. In diesen Lücken wird dem Parallelschwingkreis keine Energie über den Eingangskreis zugeführt. Der Parallelschwingkreis muß daher soviel Energie gespeichert haben, daß er ohne größeren Spannungseinbruch die Verbraucher in den Zeiten der Lücken speisen kann. The Lipo medium frequency transmission system has another Disadvantage in its control properties and those based thereon Impact on dimensioning is justified. With this principle sinusoidal currents in the supply lines to the supply network the method of pulse density modulation described by Lipo. The current in the inductances of the input lines increases, if the converter disconnects the parallel resonant circuit from the input and shorts the entrance. If, on the other hand, half vibrations of Resonant circuit voltage switched against the driving supply voltage, the input current decreases. This is the same method Relationship between the supply voltage and the medium frequency voltage on Parallel resonant circuit adjustable within limited limits. Rough changes the input voltages at, for example, approximately constant Medium frequency voltage can only be corrected using this method if the energy content of the parallel resonant circuit and the Input inductors is dimensioned so that it is a multiple of that in a Half period of the medium frequency transmissible energy. In the In practice, you have to expect ten times this amount of energy. At low input voltages are the times in the gaps between those fed into the input circuit by the converter Voltage half-oscillations a multiple of the half-oscillation period. In In these gaps, the parallel resonant circuit will have no energy over the Input circuit fed. The parallel resonant circuit therefore needs so much energy have saved that he without major voltage drop Consumers can dine in times of gaps.  

Die Forderung nach der groben Speicherkapazität der Eingangsinduk­ tivitäten folgt aus der Begrenzung der Welligkeit des Eingangsstromes.The demand for the coarse storage capacity of the input inductor activities follows from the limitation of the ripple of the input current.

Bei dem Übertragungssystem nach Wasynczuk und Krause erfolgt die Einstellung der Spannung am Parallelschwingkreis und der Speiseströme über die Winkellage der Schwingungen in den Teilwechselrichtern und damit quasi stetig innerhalb jeder Halbperiode. Der Energieinhalt des Parallelschwingkreises kann daher kleiner bemessen sein als bei dem Übertragungssystem nach Lipo, allerdings ist dafür der Stromrichteraufwand erheblich höher. Außerdem müssen die Maphaminverter an eine Spannungsquelle mit niedriger Eingangsimpedanz angeschlossen sein. Die angestrebten oberschwingungsarmen Speiseströme sind jedoch mit einer Induktivität im Eingangskreis einfacher realisierbar.In the Wasynczuk and Krause transmission system, the Setting the voltage on the parallel resonant circuit and the supply currents about the angular position of the vibrations in the partial inverters and quasi steadily within each half period. The energy content of the Parallel resonant circuit can therefore be dimensioned smaller than that Transmission system according to Lipo, but this is the converter effort significantly higher. In addition, the Mapham converter must be connected to a Voltage source with a low input impedance must be connected. The desired low harmonic feed currents are with a Inductance in the input circuit easier to implement.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens der durch den Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gekennzeichneten Art zu schaffen, wobei der Energieinhalt des Parallelschwingkreises und der Eingangsinduktivität und somit das Volumen, Gewicht und die Verluste dieser Bauelemente bei beschränkten Schwankungen der Schwingkreisspannung möglichst klein bleiben sollen. Auch die Oberschwingungen des Eingangsstromes sollen begrenzt bleiben.The invention is therefore based on the object, a method and a Arrangement for carrying out the method by the preamble of To create claim 1 marked type, the Energy content of the parallel resonant circuit and the input inductance and thus the volume, weight and losses of these components limited fluctuations in the resonant circuit voltage as small as possible should stay. The harmonics of the input current should also stay limited.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the in the characteristics of Features listed claim 1 solved.

Weiterbildungen und besondere Ausgestaltungen, sowie Schaltungen zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.Further training and special designs, as well as circuits for Implementation of the method are specified in the subclaims.

Mit der Erfindung werden die folgenden Vorteile erzielt:The following advantages are achieved with the invention:

  • - Die hohe Eingangsspannung teilt sich an den elektronischen Schaltern ohne Beschaltungsmaßnahmen in exakt gleiche Teilspannungen auf.- The high input voltage is shared by the electronic switches in exactly the same partial voltages without wiring measures.
  • - An den Leistungshalbleitern treten nach dem Abschalten des Stromes keine sprunghaften Spannungsänderungen auf, welche Verluste und elektromagnetische Störungen verursachen. Es sind daher auch keine Beschaltungsmaßnahmen zur Begrenzung der Spannungsanstiegsgeschwin­ digkeit erforderlich. - The power semiconductors occur after switching off the current no sudden voltage changes on what losses and cause electromagnetic interference. So there are none Wiring measures to limit the voltage rise rate required.  
  • - Die zur potentialfreien Übertragung der Leistung vorhandenen Mittel­ frequenztransformatoren werden in besonders vorteilhafter Weise auch zur Übertragung der für die Leistungshalbleiter auf unterschiedlichen Potentialen benötigten Steuerleistung verwendet.- The means available for the potential-free transmission of power frequency transformers are also used in a particularly advantageous manner for transferring the power semiconductors to different Potential control power used.
  • - Die Speisespannungen können Gleich- oder Wechselspannungen verschie­ dener Frequenzen sein und hohe unterschiedliche Spannungswerte auf­ weisen, die ein Vielfaches der Sperrspannung der schnell schaltenden Leistungshalbleiter betragen können.- The supply voltages can differ from DC or AC voltages their frequencies and high different voltage values have a multiple of the reverse voltage of the fast switching Power semiconductors can be.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained below with reference to the drawing.

Dabei zeigt:It shows:

Fig. 1 ein verallgemeinertes Schaltprinzip einer Anordnung zur Durch­ führung des Verfahrens; Figure 1 shows a generalized switching principle of an arrangement for carrying out the method.

Fig. 2 die Zuordnung der Symbole des verallgemeinerten Schaltprinzips zu den Bauelementen eines Ausführungsbeispiels einer Wandler­ anordnung; Figure 2 shows the assignment of the symbols of the generalized switching principle to the components of an embodiment of a converter arrangement.

Fig. 3 das zur Erläuterung der Wirkungsweise benutzte Schaltprinzip der Wandleranordnung; Fig. 3 is the used to explain the operation of the switching principle of the transducer assembly;

Fig. 4 einen Regelvorgang nach der Methode der Pulsdichtemodulation, ausgelöst durch eine Erhöhung der Eingangsspannung; FIG. 4 shows a control process by the method of pulse density modulation, caused by an increase in the input voltage;

Fig. 5 die Pulsdichtemodulation bei der Regelung des Eingangsstromes, welcher die sinusförmige Kurvenform der Netzspannung annehmen soll; Figure 5 shows the pulse density modulation in the regulation of the input current which is to take the sinusoidal waveform of the line voltage.

Fig. 6 ein weiteres Beispiel für ein Schaltprinzip der erfindungsge­ mäßen Wandleranordnung, bei der eine einphasige Eingangswechsel­ spannung über in Reihe geschaltete Direktumrichter mit Trans­ formator-Mittelpunktschaltung in eine Ausgangsgleichspannung gewandelt wird; Fig. 6 shows another example of a switching principle of the transducer arrangement according to the invention, in which a single-phase input AC voltage is converted into a DC output voltage via a series-connected direct converter with transformer center circuit;

Fig. 7 eine mit einer besonders vorteilhaften Hilfsstromversorgung ausgerüstete Wandleranordnung, welche die Speisung des mittel­ frequenten Zwischenkreises aus dem Ausgangskreis und einer Hilfsspannungsquelle ermöglicht und Fig. 7 is a equipped with a particularly advantageous auxiliary power converter arrangement which allows the supply of the medium-frequency intermediate circuit from the output circuit and an auxiliary voltage source, and

Fig. 8 eine mit einer Umschalteinrichtung ausgerüstete Wandleranordnung, welche bei systembedingten Änderungen der Netzspannung eine auswählbare Reihen- und Parallelschaltung von Teilwandlern ermöglicht. Fig. 8 is a equipped with a switching converter array which allows a selectable series and parallel connection of sub-transducers with system-related changes in the mains voltage.

In dem verallgemeinerten Schaltprinzip nach Fig. 1 können die Eingangsspannung UE und die Ausgangsspannung UA Gleichspannungen beliebiger Polarität oder Wechselspannungen sein. Der Eingangsstrom iE sowie der Ausgangsstrom iA können Gleichströme beliebiger Richtung oder Wechselströme sein. Dabei muß beachtet werden, daß die verallgemeinert dargestellten Schalter, S₁₁-S1n und SA1-SA4 elektronische Schalter wie beispielsweise Leistungshalbleiter sind, die in den benötigten Richtungen Spannungen sperren und Ströme leiten. Grundsätzlich ist daher auch der Leistungsfluß zwischen der Eingangsspannung UE und der Ausgangsspannung UA in beiden Richtungen möglich.In the generalized switching principle according to FIG. 1, the input voltage U E and the output voltage U A can be DC voltages of any polarity or AC voltages. The input current i E and the output current i A can be direct currents in any direction or alternating currents. It must be noted that the generalized switches, S₁₁-S 1n and S A1 -S A4 are electronic switches such as power semiconductors, which block voltages and conduct currents in the required directions. In principle, therefore, the power flow between the input voltage U E and the output voltage U A is possible in both directions.

Bei Verwendung von bidirektionalen Halbleiterschaltern, die z. B. entsprechend Fig. 2e aus je zwei Dioden und Transistoren oder IGBTs bestehen, sind nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit derselben Anordnung alle Umwandlungen zwischen den verschiedenen Spannungsarten bei beliebiger Richtung des Leistungsflusses möglich.When using bidirectional semiconductor switches, the z. B. according to Fig. 2e consist of two diodes and transistors or IGBTs, according to the inventive method with the same arrangement, all conversions between the different voltage types are possible with any direction of power flow.

Wie in Fig. 1 dargestellt, kann die Wandleranordnung in vier Teile gegliedert werden: den Eingangskreis EK, den Zwischenkreis ZK, den Ausgangskreis AK und die Steuer- und Regeleinheit SR. Zunächst wird der Eingangskreis EK beschrieben. Er besteht aus der Eingangsspannungsquelle UE einer Eingangsdrossel LE und einer Anzahl n in Reihe geschalteter Schaltergruppen Bi, wobei elektronische Schalter Si1-Si4 zu Stromrichtern in Brückenschaltung nach Art eines Wechsel­ richters oder Direktumrichters zusammengeschaltet sind. An die Ausgänge Ai1, Ai2 der Stromrichter sind Primärwicklungen wi von Transformatoren TRi angeschlossen. Die Schalter der Stromrichter können den Eingangsstrom iE durch die Primärwicklungen der Transformatoren oder an diesen vorbeileiten.As shown in FIG. 1, the converter arrangement can be divided into four parts: the input circuit EK, the intermediate circuit ZK, the output circuit AK and the control and regulating unit SR. First, the input circuit EK is described. It consists of the input voltage source U E, an input choke L E and a number n of switch groups B i connected in series, electronic switches S i1 -S i4 being connected together to form bridge-type converters in the manner of an inverter or direct converter. Primary windings w i of transformers TR i are connected to the outputs A i1 , A i2 of the converter. The switches of the converters can pass the input current i E through the primary windings of the transformers or past them.

Wenn beispielsweise die Schalter auf der linken oder rechten Seite einer Stromrichterbrücke Bi geschlossen sind, wird der Strom an der entspre­ chenden Wicklung Wi vorbeigeleitet. Dies ist beispielsweise bei B₂ in Fig. 1 der Fall. Bei Bn in Fig. 1 sind hingegen die Schalter abwechselnd geöffnet oder geschlossen. Dadurch ist die Wicklung Wn vom Strom iE durchflossen. For example, if the switches on the left or right side of a converter bridge B i are closed, the current is conducted past the corresponding winding W i . This is the case for example with B₂ in Fig. 1. At B n in Fig. 1, however, the switches are alternately opened or closed. As a result, current i E flows through winding W n .

Der Zwischenkreis ZK besteht im wesentlichen aus dem Parallelschwing­ kreis CP und LP und den parallel angeschlossenen Sekundärwicklungen WS1 der Transformatoren. Die Schwingungen des Parallelschwingkreises werden durch die Steuer- und Regeleinheit SR als Spannung Us und Strom iSM erfaßt und zur synchronen Steuerung der Schalter auf der Eingangsseite des Transformatorgliedes verwendet. Der zeitliche Mittelwert des Eingangsstrom iE ist in erster Näherung während der Dauer einer Halbschwingung des Parallelschwingkreises konstant bzw. nur langsam veränderlich. Vorzugsweise besteht das Transformatorglied, wie in Fig. 1 dargestellt, aus einer Reihe identischer Transformatoren, es könnten jedoch in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung auch alle n Transformatoren zu einem Transformator mit n Primär- und einer Sekundärwicklung zusammengefaßt werden.The intermediate circuit ZK consists essentially of the parallel resonant circuit C P and L P and the secondary windings W S1 of the transformers connected in parallel. The vibrations of the parallel resonant circuit are detected by the control and regulating unit SR as voltage U s and current i SM and used for the synchronous control of the switches on the input side of the transformer element. In a first approximation, the temporal mean value of the input current i E is constant or changes only slowly over the duration of a half-oscillation of the parallel resonant circuit. Preferably, the transformer element, as shown in Fig. 1, consists of a number of identical transformers, but in a further advantageous embodiment of the invention, all n transformers could also be combined to form a transformer with n primary and one secondary winding.

Der Ausgangskreis AK besteht aus den zu einem Stromrichter BA in Brückenschaltung verbundenen elektronischen Schaltern SA1-SA4, einer zu dem Stromrichter in Reihe geschalteten Ausgangsdrossel LA und der Ausgangsspannungsquelle. Die Ausgangsspannung UA ist z. B. bei der Leistungsflußrichtung von der Eingangsspannungsquelle zur Ausgangs­ spannungsquelle die Gegenspannung der Last. Die Steuer- und Regeleinheit SR erfaßt entsprechend der regelungstechnischen Aufgabe neben der Eingangsspannung UE und der Ausgangsspannung UA weitere Meßgrößen, welche den inneren Zustand des Wandlers darstellen. Ihr wird außerdem die Sollwertgröße UAS der Ausgangsspannung UA zugeführt. In Abhängigkeit von diesen Größen werden über die Steuersignale K₁₁-Kn4 die Schalter S₁₁-Sn4 der Stromrichter in der Weise betätigt, daß die Anzahl α der in den Parallelschwingkreis einspeisenden Stromrichter im zeitlichen Mittel so verändert wird, daß sich die gewünschte Schwingkreisspannung US und Ausgangsspannung UA sowie ein gewünschter zeitlicher Verlauf, z. B. eine Sinusform des Eingangsstromes iE, einstellen.The output circuit A K consists of the electronic switches S A1 -S A4 connected to a converter B A in a bridge circuit, an output choke L A connected in series with the converter and the output voltage source. The output voltage U A is z. B. in the power flow direction from the input voltage source to the output voltage source, the counter voltage of the load. The control and regulating unit SR detects, in addition to the input voltage U E and the output voltage U A, further measured variables which represent the internal state of the converter, in accordance with the control task. It is also supplied with the setpoint variable U AS of the output voltage U A. Depending on these variables, the switches S₁₁-S n4 of the converters are actuated via the control signals K₁₁-K n4 in such a way that the number α of the converters feeding into the parallel resonant circuit is changed on average over time so that the desired resonant circuit voltage U S and output voltage U A and a desired time course, for. B. set a sinusoidal shape of the input current i E.

In Fällen, in denen ein variables Verhältnis zwischen Schwingkreis­ spannung und Ausgangsspannung, eine Ausgangswechselspannung oder eine Änderung der Energieflußrichtung vorkommen, werden auch die elektronischen Schalter SA1-SA4 des Ausgangsstromrichters BA von der Steuer- und Regeleinheit SR über die Steuersignale KA1-KA2 gesteuert. In cases where a variable ratio between the resonant circuit voltage and output voltage, an AC output voltage or a change in the direction of energy flow occur, the electronic switches S A1 -S A4 of the output converter B A from the control and regulating unit S R via the control signals K A1 -K A2 controlled.

Die Fig. 2a bis 2d ordnen den Symbolen des allgemeinen Schaltprinzips nach Fig. 1 für die häufigste Anwendung, der Umwandlung unterschied­ licher Gleich- und Wechselspannungen in eine Ausgangsgleichspannung mit nur zu letzterer gerichtetem Leistungsfluß, die Funktionen realer Schaltelemente zu. FIGS. 2a to 2d arrange the symbols of the general principle diagram of Fig. 1 for the most common application, the conversion differed Licher DC and AC voltages to an output DC voltage with directional power flow only to the latter, the functions of real circuit elements.

Nach Fig. 2a ist die Eingangsspannung UE eine Gleichspannung bestimmter Polarität, die ein Brückengleichrichter aus Wechselspannungen oder Gleichspannungen beliebiger Polarität bildet.According to FIG. 2a, the input voltage U E is a DC voltage of a certain polarity which forms a bridge rectifier from AC voltage or DC voltages of either polarity.

In Teil b der Figur sind die Schalter S₁₁ . . . Sn4 als IGBTs mit vorgeschalteten Sperrdioden beispielhaft dargestellt. Die Sperrdioden sind nötig, da die IGBTs keine Spannung entgegen der Schaltrichtung aufnehmen können.In part b of the figure, the switches S₁₁. . . S n4 exemplified as IGBTs with upstream blocking diodes. The blocking diodes are necessary because the IGBTs cannot absorb any voltage against the switching direction.

Fig. 2c zeigt eine Diode als Beispiel für einen der Schalter SA1 bis SA4, die im Ausgangskreis AK für die Bildung einer Ausgangsgleichspannung zu einer Gleichrichterbrückenschaltung BA verbunden sind. Fig. 2c shows a diode as an example of one of the switches S A1 to S A4, which are connected in the output circuit AK for the formation of a DC output voltage to a rectifier bridge circuit B A.

Nach Fig. 2d wird die Ausgangsgleichspannung UA an dem Lastwiderstand RA durch Glätten des Ausgangsgleichstroms iA mit Hilfe des Pufferkondensators CA gebildet.According to FIG. 2d, the output DC voltage U A is formed across the load resistor R A by smoothing the output DC current i A with the aid of the buffer capacitor C A.

Mit diesen Zuordnungen entsteht aus Fig. 1 das in Fig. 3 dargestellte vereinfachte Schaltprinzip, das zur weiteren Erklärung der Wirkungsweise verwendet wird. Nach dem hier dargestellten Schaltprinzip wird aus einer hohen stark schwankenden Eingangsspannung UE eine geregelte Ausgangs­ gleichspannung UA gebildet. Bei sinusförmiger Eingangsspannung |UE| kann auch der Eingangsstrom iE sinusförmig moduliert werden, so daß der Wandler das speisende Netz wie ein ohmscher Verbraucher belastet. Für die hohe Schwingkreisfrequenz von beispielsweise 25 kHz ist eine sich sinusförmig mit der Netzfrequenz ändernde Eingangsspannung UE wie eine sich langsam ändernde Gleichspannung zu behandeln.With these assignments, the simplified switching principle shown in FIG. 3 is created from FIG. 1 and is used to further explain the mode of operation. According to the switching principle shown here, a regulated DC output voltage U A is formed from a high, strongly fluctuating input voltage U E. With sinusoidal input voltage | U E | the input current i E can also be modulated sinusoidally, so that the converter loads the supply network like an ohmic consumer. For the high resonant circuit frequency of 25 kHz, for example, an input voltage U E that changes sinusoidally with the mains frequency is to be treated like a slowly changing DC voltage.

Die Verluste des Wandlers werden in Fig. 3 durch die ohmschen Wider­ stände RVE im Eingangskreis und RVA im Ausgangskreis berücksichtigt. The losses of the converter are taken into account in FIG. 3 by the ohmic resistances R VE in the input circuit and R VA in the output circuit.

Bei dem dargestellten Beispiel sind n = 3 Stromrichter in Brückenschaltung im Eingangskreis in Reihe geschaltet und über n = 3 gleiche Transforma­ toren mit dem Übersetzungsverhältnis ü = Wi/Wsi an den Parallelschwing­ kreis LP, CP angeschlossen. Der Ausgangskreis besteht in dem dargestellten Beispiel aus einer Gleichrichterbrücke BA mit der Glättungsdrossel LA und einem Pufferkondensator CA, dessen Kapazität so grob bemessen ist, daß Welligkeiten des Gleichrichterausgangsstromes iA und des Laststromes iLA keine nennenswerte Änderung der Ausgangsgleichspannung UA verursachen. Anhand der Fig. 3 und der Diagramme in Fig. 4 wird nun gezeigt, daß die Steuerung des Leistungsflusses über mehrere im Eingangskreis EK in Reihe geschaltete Stromrichter B₁ . . . Bn in der Weise erfolgt, daß die Stromrichter den gemeinsamen Eingangsstrom iE wahlweise und unabhängig voneinander entweder über je eine eigene Wicklung des Transformatorgliedes TR parallel in den Parallelschwingkreis einspeisen oder an den Transformator­ primärwicklungen und dem Parallelschwingkreis vorbeileiten.In the example shown, n = 3 converters are connected in series in the input circuit and connected via n = 3 identical transformers with the transmission ratio ü = W i / W si to the parallel resonant circuit L P , C P. In the example shown, the output circuit consists of a rectifier bridge BA with the smoothing inductor L A and a buffer capacitor C A , the capacitance of which is dimensioned so roughly that ripples in the rectifier output current i A and the load current i LA do not cause any significant change in the DC output voltage U A. With reference to FIG. 3 and the diagrams in FIG. 4, it is now shown that the control of the power flow over several converters B 1 connected in series in the input circuit EK. . . B n is carried out in such a way that the converters selectively and independently feed the common input current i E either independently via a separate winding of the transformer element TR in parallel into the parallel resonant circuit or bypass the primary windings and the parallel resonant circuit.

Die Anzahl α der in den Parallelschwingkreis einspeisenden Stromrichter wird in Abhängigkeit von der Eingangsspannung UE im zeitlichen Mittelwert so verändert, daß sich die gewünschte Ausgangsspannung UA einstellt.The number α of the converters feeding into the parallel resonant circuit is changed as a function of the input voltage U E over time so that the desired output voltage U A is set.

Das Diagramm a in Fig. 4 zeigt die Eingangsspannung UE mit einer willkürlichen Änderung ΔUE sowie einen angenommenen Eingangsstrom iE der sich in Folge der Änderung der Eingangsspannung bei gleichbleibenden Ausgangsgrößen UA und iLA um den Betrag ΔiE ändert. Im Diagramm 4b ist der zeitliche Verlauf der auf die Primärseite der Transformatoren TR übertragenen Schwingkreisspannung Us′ = Us·ü dargestellt. Die Amplitude der Schwingkreisspannung weicht nur vorübergehend um den Betrag ΔÛs′ von der sonst konstanten Amplitude Ûs′ ab.The diagram a in FIG. 4 shows the input voltage U E with an arbitrary change ΔU E and an assumed input current i E which changes by the amount Δi E as a result of the change in the input voltage with constant output variables U A and i LA . Diagram 4b shows the time course of the resonant circuit voltage U s ′ = Us · ü transmitted to the primary side of the transformers TR. The amplitude of the resonant circuit voltage deviates only temporarily by the amount ΔÛ s 'from the otherwise constant amplitude Û s '.

Die Diagramme c, d und e der Fig. 4 zeigen die von den Stromrichter­ brücken B1, B2, B3 der Fig. 3 in den Eingangskreis EK eingefügten Spannungen U₁, U₂, U₃, die sich aus Folgen von Halbschwingungen der Schwingkreisspannung zusammensetzen. Durch die Ansteuerung der Schalter Si1-Si4 einer Stromrichterbrücke wird festgelegt, ob die vom Stromrichter in den Eingangskreis eingefügte Spannung Ui während der Dauer einer Halbschwingung, wie in Fig. 4 dargestellt, positiv ist und damit dem Eingangsstrom iE entgegengerichtet ist, so daß dem Parallelschwingkreis Energie zugeführt wird, oder ob diese Spannung Ui gleich Null ist. The diagrams c, d and e of FIG. 4 show the bridge B1, B2, B3 of FIG. 3 inserted into the input circuit EK voltages U 1, U 2, U 3, which are composed of sequences of half-oscillations of the resonant circuit voltage. By activating the switches S i1 -S i4 of a converter bridge, it is determined whether the voltage U i inserted by the converter into the input circuit is positive for the duration of a half-oscillation, as shown in FIG. 4, and is therefore opposed to the input current i E , so that energy is supplied to the parallel resonant circuit, or whether this voltage U i is equal to zero.

In letzterem Falle wird der Eingangsstrom iE durch zwei untereinander liegende leitende Schalter an dem zugehörigen Transformator TRi vorbei­ geleitet. Grundsätzlich können auch negative Halbschwingungen der Spannungen Ui in den Eingangskreis eingefügt werden, wobei dem Schwingkreis Energie entzogen und der Eingangsinduktivität LE zugeführt wird. Das Umschalten der elektronischen Schalter S₁₁-Sn4 erfolgt vorzugsweise möglichst nahe am Nulldurchgang der Schwingkreisspannung. Hierdurch werden Schaltverluste der Leistungshalbleiter sowie elektromagnetische Störungen, die beim Schalten größerer Spannungen auftreten, vermieden. Nach dem Abschalten eines Halbleiterschalters steigt die von diesem in der Vorwärts- oder Leitrichtung aufzunehmende Spannung nur langsam mit der durch die Schwingkreisspannung vorgegebenen Anstiegsgeschwindigkeit du/dt an.In the latter case, the input current i E is conducted past the associated transformer TR i by two conductive switches located one below the other. In principle, negative half-oscillations of the voltages U i can also be inserted into the input circuit, energy being removed from the oscillating circuit and being supplied to the input inductor L E. The switching of the electronic switch S₁₁-S n4 is preferably as close as possible to the zero crossing of the resonant circuit voltage . This avoids switching losses in the power semiconductors and electromagnetic interference which occurs when switching higher voltages. After a semiconductor switch has been switched off, the voltage to be picked up by it in the forward or conducting direction increases only slowly with the rate of rise du / dt predetermined by the resonant circuit voltage.

Dadurch werden die bei bestimmten Halbleiterschaltern wie GTOs und Thyristoren bestehende Gefahr des fehlerhaften Einschaltens infolge zu hoher du/dt-Werte vermieden und die nach der Stromführung durch "Nachströme" (bzw. tailcurrents) bedingten Verluste klein gehalten. Der parallele Anschluß aller Transformatorsekundärseiten an den Parallel­ schwingkreis bewirkt außerdem, daß in alle Teilstromrichter die gleiche Spannung ü·Us übertragen wird und an den elektronischen Schaltern der Teilstromrichter gleiche Sperrspannungen auftreten.This avoids the risk of faulty switch-on due to excessively high du / dt values in certain semiconductor switches such as GTOs and thyristors and the losses caused by "aftercurrents" (or tail currents) caused by current flow are kept low. The parallel connection of all transformer secondary sides to the parallel resonant circuit also has the effect that the same voltage u · U s is transmitted in all partial converters and the same reverse voltages occur at the electronic switches of the partial converters.

Die Summe der von den Teilstromrichtern in den Eingangskreis eingefügten Spannungen bildet die Gegenspannung Ug = U₁ + U₂ + . . . Ui zur Eingangs­ spannung UE. Bezeichnet man die Anzahl der in den Parallelschwingkreis einspeisenden und eine Gegenspannung hervorrufenden Teilstromrichter mit α und setzt exaktes Umschalten der Leistungshalbleiter im Nulldurchgang der Schwingkreisspannung Us voraus, so beträgt der arithmetische Mittelwert der Gegenspannung Ug während einer HalbschwingungThe sum of the voltages inserted into the input circuit by the partial converters forms the counter voltage U g = U₁ + U₂ +. . . U i to the input voltage U E. If the number of the partial converters feeding into the parallel resonant circuit and causing a counter voltage is designated by α and the exact switching of the power semiconductors at zero crossing of the resonant circuit voltage U s is required, the arithmetic mean of the counter voltage is Ug during a half oscillation

Ug = Ûs·α·ü·2/π.U g = Ûs · α · ü · 2 / π.

Die Eingangsinduktivität LE ist so bemessen, daß sich der Eingangsstrom iE nur im Verlaufe mehrerer Halbschwingungen nennenswert ändern kann. Für die Änderung des Eingangsstromes ist dann nur der über mehrere Halb­ schwingungen gemittelte Wert g der Gegenspannung Ug maßgebend. The input inductance L E is dimensioned such that the input current i E can only change significantly in the course of several half oscillations. For the change of the input current, only the value g of the counter voltage U g averaged over several semi-oscillations is decisive.

Unter der Voraussetzung, daß die Amplitudenänderung ΔÛs der Schwing­ kreisspannung bei dynamischen Vorgängen auf kleine Werte begrenzt bleiben, bestimmt der arithmetische Mittelwert der Zahl der in den Schwingkreis einspeisenden Teilumrichter die mittlere GegenspannungAssuming that the amplitude change ΔÛ s of the oscillating circuit voltage remains limited to small values in dynamic processes, the arithmetic mean of the number of partial converters feeding into the oscillating circuit determines the mean counter voltage

g = Ûs··ü·2/π. g = Û s ·· ü · 2 / π.

Diagramm f in Fig. 4 zeigt ausgezogen den Verlauf der Gegenspannung Ug und gestrichelt deren Mittelwert g.Diagram f in FIG. 4 shows the course of the counter-voltage U g and the mean value g thereof in broken lines.

Im eingeschwungenen Zustand ist der arithmetische Mittelwert des Eingangsstromes E konstant und an der Eingangsinduktivität LE der Spannungsmittelwert L = 0, so daß für die Spannung des Eingangs­ kreises gilt:In the steady state, the arithmetic mean value of the input current E is constant and the mean voltage value L = 0 at the input inductance LE, so that the following applies to the voltage of the input circuit:

E = (E·RE + Ûs··ü·2)/π. E = ( E · R E + Û s ·· ü · 2) / π.

Die entsprechende Gleichung für den Ausgangskreis lautet:The corresponding equation for the output circuit is:

UA = Ûs·2/π-A·RA.U A = Û s · 2 / π- A · R A.

Bei konstanter Amplitude im Parallelschwingkreis muß die diesem zugeführte Leistung im zeitlichen Mittel der abgeführten Leistung gleich sein. Daraus folgt die Beziehung zwischen dem Mittelwert von Eingangsstrom iE und Ausgangsstrom iA:With a constant amplitude in the parallel resonant circuit, the power supplied to it must be equal to the power dissipated over time. The relationship between the mean value of input current i E and output current i A follows:

A = E·ü·. A = E · ü ·.

Durch Eliminieren der Schwingkreisspannung Us und des Ausgangsstroms A erhält man aus den letzten drei Gleichungen für den Eingangsstrom E die Beziehung:By eliminating the resonant circuit voltage U s and the output current A , the relationship from the last three equations for the input current E is obtained :

E (ü²·²·RA + RE) = E-ü UA. E (ü² · ² · R A + R E ) = E -ü U A.

Die linke Seite dieser Gleichung drückt den Spannungsabfall über dem Wandler im eingeschwungenen Zustand aus und ist in der Regel gegenüber den Spannungen der rechten Seite eine kleine Größe. Bei konstanter Eingangsspannung UE und konstanter Ausgangsspannung UA genügen daher kleine Änderungen von um den Eingangsstrom iE und somit auch die vom Eingang auf den Ausgang zu übertragende Leistung in einem größeren Bereich einzustellen. The left side of this equation expresses the voltage drop across the converter in the steady state and is usually a small quantity compared to the voltages on the right side. With constant input voltage U E and constant output voltage U A, small changes are therefore sufficient to adjust the input current i E and thus also the power to be transmitted from the input to the output in a larger range.

Ist dagegen die Eingangsspannung UE veränderlich, dann folgt bei Vernachlässigung des stromabhängigen Einflusses aus der rechten Seite der obigen Gleichung für die mittlere Anzahl der in dem Parallelschwingkreis einspeisenden TeilstromrichterIf, on the other hand, the input voltage U E is variable, neglecting the current-dependent influence from the right-hand side follows the above equation for the average number of partial converters feeding into the parallel resonant circuit

Die Diagramme in Fig. 4 zeigen am Anfang und Ende der Zeitskala je einen eingeschwungenen Zustand für zwei unterschiedliche Werte der Eingangsspannung UE. Bei dem kleineren Wert am Anfang der Zeitskala folgen abwechselnd die Werte α = 2 und α = 1 aufeinander, so daß ₁ = 1,5 beträgt. Lange nach der Erhöhung der Eingangsspannung am Ende der Zeitskala speisen abwechselnd α = 3 und α = 2 Teilwechselrichter in den Parallelschwingkreis ein, der Mittelwert beträgt nun ₂ = 2,5.The diagrams in FIG. 4 each show a steady state for two different values of the input voltage U E at the beginning and end of the time scale. At the smaller value at the beginning of the time scale, the values α = 2 and α = 1 alternate, so that ₁ = 1.5. Long after the input voltage increases at the end of the time scale, α = 3 and α = 2 partial inverters alternately feed into the parallel resonant circuit, the mean value is now ₂ = 2.5.

Da bei der Erhöhung der Eingangsspannung um die Größe ΔUE die zu übertragende Leistung unverändert bleibt, nimmt der Eingangsstrom um ΔiE ab. Nach dem Induktionsgesetz muß für jede Stromänderung in einer Induktivität an dieser eine Spannungszeitfläche entsprechender Größe anliegen. In Fig. 4f ist diese SpannungszeitflächeSince the power to be transmitted remains unchanged when the input voltage is increased by ΔU E , the input current decreases by Δi E. According to the law of induction, for every current change in an inductance, a voltage time area of the appropriate size must be present there. This voltage time area is in FIG. 4f

∫ ULdt = ΔiE·LE ∫ U L dt = Δi E · L E

schraffiert. Mit den Teilspannungen im Eingangskreis lautet diese Gleichung:hatched. With the partial voltages in the input circuit, this is Equation:

∫(UE-iE·RVE-α Ûs·ü·2/π) dt = ΔiE·LE.∫ (U E -i E · R VE -α Û s · ü · 2 / π) dt = Δi E · L E.

Diese Beziehung und das Diagramm f in Fig. 4 zeigen, daß die Anzahl α der in den Parallelschwingkreis einspeisenden Teilstromrichter vorübergehend zusätzlich geändert werden muß, um die für die Strom­ änderung ΔiE erforderliche Spannungszeitfläche an der Induktivität LE zu erzeugen. Da sich mit α auch der in den Schwingkreis eingespeiste Strom iE·ü·α ändert, bis sich ein neuer eingeschwungener Zustand eingestellt hat, tritt vorübergehend eine Abweichung Δs der Schwingkreisamplitude auf.This relationship and the diagram f in FIG. 4 show that the number α of the partial converter feeding into the parallel resonant circuit has to be changed temporarily in order to generate the voltage time area at the inductor L E required for the current change Δi E. Since the current i E · ü · α fed into the oscillating circuit also changes with α until a new steady state has occurred, a deviation Δs in the oscillating circuit amplitude occurs temporarily.

Die Anzahl α der Teilumrichter, welche die Schwingkreisspannung Us mit dem Faktor α·ü in den Eingangskreis einfügen, ist die Stellgröße des Wandlerverfahrens. The number α of the partial converters, which insert the resonant circuit voltage U s with the factor α · ü into the input circuit, is the manipulated variable of the converter method.

Der arithmetische Mittelwert bestimmt das Verhältnis der Eingangs­ spannung UE zur Ausgangsspannung UA und der augenblickliche Wert α die Änderung des Eingangsstromes während der Halbschwingungsdauer. Bei einer hinreichend großen Kapazität CA am Ausgang des Wandlers oder einer Spannungsquelle am Ausgang, deren Spannung sich gegenüber der Mittelfrequenzspannung am Parallelschwingkreis nur langsam verändert, ist es daher möglich, durch dynamische Änderungen der Größe α den zeitlichen Verlauf des Eingangsstromes zu bestimmen.The arithmetic mean determines the ratio of the input voltage U E to the output voltage U A and the instantaneous value α the change in the input current during the half-oscillation period. With a sufficiently large capacitance C A at the output of the converter or a voltage source at the output, the voltage of which changes only slowly compared to the medium-frequency voltage at the parallel resonant circuit, it is therefore possible to determine the temporal course of the input current by means of dynamic changes in the quantity α.

Hat beispielsweise die Eingangsspannung UE den zeitlichen Verlauf einer gleichgerichteten sinusförmigen Netzspannung mit der Kreisfrequenz Ω und soll die Ausgangsgleichspannung UA konstant bleiben, dann gibt die Steuer- und Regeleinrichtung SR bei unbelastetem Wandler, d. h. der Ausgangsstrom iA und der Eingangsstrom iE sind annähernd Null, den Mittelwerte in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung UA und der Eingangsspannung UE nach folgender Beziehung vor:If, for example, the input voltage U E has the time profile of a rectified sinusoidal mains voltage with the angular frequency Ω and the output DC voltage U A is to remain constant, then the control and regulating device SR outputs when the converter is not under load, ie the output current i A and the input current i E are approximately Zero, the mean values depending on the output voltage U A and the input voltage U E according to the following relationship:

Weicht die Spannung UA von dem der Steuer- und Regeleinrichtung vorgegebenen Ausgangsspannungssollwert UAS beispielsweise in Folge eines den Ausgang belastenden Stromes iLA ab, dann nimmt die Steuer- und Regeleinrichtung SR eine kleine Änderung Δ des Wertes gegenüber dem im Leerlauf auftretenden Wert vor, so daß ein Strom vom Eingangskreis auf den Ausgangskreis übertragen wird, bis die Abweichung der Ausgangsspannung UA von ihrem Sollwert UAS ein Minimum wird. Bei sinusförmiger Eingangsspannung UE ist in der Regel auch ein sinusförmiger Verlauf des Eingangsstromes iE erwünscht. Die Steuer- und Regeleinrichtung SR beeinflußt daher die Änderung Δ in ihrem zeitlichen Verlauf, beispielsweise mit Hilfe einer der Ausgangsspannungsregelung unterlagerten Stromregelung in der Weise, daß der Eingangsstrom iE folgenden zeitlichen Verlauf hat:If the voltage U A deviates from the output voltage setpoint U AS given to the control and regulating device, for example as a result of a current i LA loading the output, then the control and regulating device SR makes a small change Δ in the value compared to the value occurring during idling, so that a current is transmitted from the input circuit to the output circuit until the deviation of the output voltage U A from its target value U AS becomes a minimum. In the case of sinusoidal input voltage U E , a sinusoidal course of the input current i E is generally also desirable. The control and regulating device SR therefore influences the change Δ in its time profile, for example with the aid of a current control subordinate to the output voltage control, in such a way that the input current i E has the following time profile:

E = | E·sin Ωt|. E = | E · sin Ωt |.

Aus den beiden letzten Beziehungen und der Gleichung für den mittleren Wert A des Stromes im Ausgangskreis oder auch aus der Gleichheit von Eingangs- und Ausgangsleistung berechnet sich der zeitliche Verlauf des Stromes A zuThe temporal course of the current A is calculated from the last two relationships and the equation for the mean value A of the current in the output circuit or from the equality of the input and output power

Fig. 5 zeigt beispielhaft die Modulation eines mit dem zeitlichen Verlauf der Eingangsspannung UE übereinstimmenden gleichgerichteten sinusför­ migen Eingangsstromes iE. Fig. 5 shows an example of the modulation of a matching with the time course of the input voltage U E rectified sinusför-shaped input current i E.

Im Diagramm 5a ist die Schwingkreisspannung Us und in den Diagrammen 5b, 5c und 5d sind die infolge der Modulation an den Teilwechselrichtern gebildeten Spannungen U₁, U₂ und U₃ dargestellt. Die Summe der Spannungen U₁ + U₂ + U₃ ergibt den im Diagramm 5e gezeigten Verlauf der Spannung UG. Ihr arithmetischer Mittelwert entspricht bei Vernachlässigung des ohmschen Spannungsabfalls UR in Fig. 3 der gestrichelt dargestellten Eingangsspannung UE, die ebenso wie der Eingangsstrom iE den Verlauf einer gleichgerichteten Sinusfunktion hat. Das Diagramm 5f zeigt den Ausgangsstrom iA des Gleichrichters BA in Fig. 3. Er hat bei konstanter Ausgangsspannung gegenüber der Netzspannung und dem Netzstrom die doppelte Frequenz. Der Mittelwert von iA stimmt mit dem konstanten Laststrom iLA überein.In diagram 5a, the resonant circuit voltage U s and in diagrams 5b, 5c and 5d the voltages U 1, U 2 and U 3 formed as a result of the modulation on the partial inverters are shown. The sum of the voltages U₁ + U₂ + U₃ gives the course of the voltage U G shown in diagram 5e. If the ohmic voltage drop U R in FIG. 3 is neglected, its arithmetic mean corresponds to the input voltage U E shown in broken lines, which, like the input current i E, has the shape of a rectified sine function. Diagram 5f shows the output current i A of the rectifier B A in FIG. 3. It has twice the frequency with a constant output voltage compared to the mains voltage and the mains current. The mean value of i A corresponds to the constant load current i LA .

Das erfindungsgemäße Wandlerverfahren wurde an Anordnungen nach Fig. 1 und 3 erklärt, bei denen im Eingangskreis EK n Stromrichter in Brückenschaltung in Reihe geschaltet sind. Anhand der Fig. 6 wird ein abgewandeltes Verfahren beschrieben, das auf der Reihenschaltung von Stromrichtern, kombiniert mit Transformatoren mit stromrichterseitigem Mittelabgriff basiert.The converter method according to the invention was explained on arrangements according to FIGS . 1 and 3, in which in the input circuit EK n converters are connected in series in a bridge circuit. A modified method is described with reference to FIG. 6, which is based on the series connection of converters, combined with transformers with center tap on the converter side.

Die den Schwingkreis speisenden sekundärseitig parallelgeschalteten Transformatoren TRi weisen auf der Primärseite zwei gleiche in Reihe geschaltete Wicklungen Wi1, Wi2 auf, an deren Verbindungspunkt der allen Stromrichtern Bi, i = 1-n, gemeinsame Eingangsstrom iE zugeführt wird. Über die an die äußeren Enden der Primärwicklungen angeschlossenen elektronischen Schalter wird der Stromweg zu dem primärseitigen Transformator-Mittelabgriff des nachfolgenden in Reihe geschalteten Stromrichters geschaltet. The transformers TR i connected in parallel on the secondary side and feeding the resonant circuit have on the primary side two identical windings W i1 , W i2 connected in series, at the connection point of which the input current i E common to all converters B i , i = 1-n is supplied. Via the electronic switches connected to the outer ends of the primary windings, the current path to the transformer center tap on the primary side of the subsequent converter connected in series is switched.

Bei der in Fig. 6 angenommenen Richtung des Eingangsstromes iE, fließt dieser entweder über die obere Primärwicklung Wi1, wenn der Schalter Si1, oder über die untere Primärwicklung W₁ wenn der Schalter Si2 geschlossen ist. Dabei kann die augenblickliche, von der Sekundärseite auf die Primärseite transformierte Schwingkreisspannung Us′, wie beispielsweise an den oberen Teilwicklungen Wi1, dem Eingangsstrom iE entgegenwirken oder wie bei den unteren Teilwicklungen Wi2 in Richtung des Eingangsstromes treibend wirken. Entsprechend dieser Zuordnungen der Strom- und Spannungsrichtungen wird entweder Energie auf den Parallelschwingkreis übertragen oder dem Parallelschwingkreis entzogen. Für die das Spannungsverhältnis bestimmende resultierende Anzahl α der in den Parallelschwingkreis einspeisenden Stromrichter gilt nun α = n-2·e wobei n die Anzahl der insgesamt vorhandenen Stromrichter mit Transformatoren in Mittelpunktschaltung und e die Anzahl der Stromrichter ist, die dem Schwingkreis Energie entziehen.In the direction assumed in Fig. 6 of the input current i E , this flows either over the upper primary winding W i1 when the switch S i1 , or over the lower primary winding W₁ when the switch S i2 is closed. The instantaneous resonant circuit voltage U s ′, transformed from the secondary side to the primary side, can counteract the input current i E , for example at the upper partial windings W i1 , or, as with the lower partial windings W i2, have a driving effect in the direction of the input current. According to these assignments of the current and voltage directions, energy is either transferred to the parallel resonant circuit or withdrawn from the parallel resonant circuit. For the resulting number α determining the voltage ratio, the converters feeding into the parallel resonant circuit now have α = n-2e where n is the total number of existing converters with transformers in the center circuit and e is the number of converters that draw energy from the resonant circuit.

Die in Fig. 6 dargestellte Anordnung weist im Eingangskreis EK eine Wechselspannungsquelle mit der Spannung UE auf, deren Frequenz wesentlich niedriger ist als die durch die Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises bestimmte Stromrichterfrequenz und beträgt beispielsweise 50 Hz oder 16 2/2 Hz. Da im Eingangskreis der Fig. 6 kein Gleichrichter vorhanden ist, ändert auch der den Stromrichtern und Transformatoren zugeführte Eingangsstrom iE seine Richtung mit der niedrigen Frequenz der Spannung UE. Die an die äußeren Anschlüsse der Transformatoren-Primärwicklungen angeschlossenen elektronischen Schalter müssen daher für das Schalten von Strömen in beiden Stromflußrichtungen geeignet sein. Während beispielsweise für die in Fig. 6 dargestellte Richtung des Stroms iE , die Schalter Si1 und Si2 in Kombination mit in Reihe geschalteten Dioden nach Fig. 2b alleine die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen, müssen für die entgegengesetzte Richtung des Stromrichters iE zusätzliche Schalter Si3, Si4 und Dioden entsprechend der Fig. 2e angeordnet sein. Dadurch entstehen bidirektionale Halbleiterschalter.The arrangement shown in Fig. 6 has in the input circuit EK an AC voltage source with the voltage U E , the frequency of which is significantly lower than the converter frequency determined by the resonance frequency of the parallel resonant circuit and is, for example, 50 Hz or 16 2/2 Hz Fig. 6 no rectifier is present, also of the converters and transformers supplied input current i e changes its direction at the low frequency of the voltage U e. The electronic switches connected to the external connections of the transformer primary windings must therefore be suitable for switching currents in both directions of current flow. While, for example, for the direction of the current i E shown in FIG. 6, the switches S i1 and S i2 in combination with diodes connected in series according to FIG. 2b alone enable the method according to the invention to be carried out, for the opposite direction of the converter i E additional switches S i3 , S i4 and diodes can be arranged in accordance with FIG. 2e. This creates bidirectional semiconductor switches.

Bekanntlich müssen elektronischen Schaltern sowohl die Schaltinformationen, welche die Zeitpunkte des Schalters bestimmen als auch eine bestimmte Leistung oder Energie zugeführt werden, um einen Schaltvorgang durchzuführen oder einen Schaltzustand, wie z. B. den leitenden Zustand eines Transistors oder IGBTs, aufrecht zu erhalten. As is well known, electronic switches both Switching information, which determine the times of the switch as also a certain power or energy can be supplied to one Perform switching operation or a switching state, such as. B. the to maintain the conductive state of a transistor or IGBT.  

Die Schaltinformationen und die Steuerleistung können, wie allgemein bekannt ist, entweder als einheitliche Steuersignale, beispielsweise als Impulse, mit ausreichend hoher elektrischer Leistung über dieselben Leitungen und Potentialtrenntransformatoren oder auf physikalisch getrennten Wegen zu den elektronischen Schaltern übertragen werden. Die nahezu verzögerungsfreie Übertragung der Schaltinformationen über Lichtwellenleiter und die Übertragung der Steuerleistung über Transformatoren sind ein Beispiel für physikalisch getrennte Übertragungswege zu den elektronischen Schaltern Si1-Si4 der in Reihe geschalteten Stromrichter B. Für die Durchführung des Wandlerverfahrens ist die Unterscheidung zwischen einheitlicher und getrennter Übertragung der Schaltinformationen und Steuerleistung ohne Bedeutung. Die Signale K₁₁-Kn4 der Fig. 1, 3 und 5 zeigen daher nur die Schaltinformationen.As is generally known, the switching information and the control power can either be transmitted to the electronic switches as uniform control signals, for example as pulses, with a sufficiently high electrical power via the same lines and electrical isolation transformers, or in physically separate ways. The almost instantaneous transmission of the switching information via optical fibers and the transmission of the control power via transformers are an example of physically separate transmission paths to the electronic switches S i1 -S i4 of the converters B connected in series. For the implementation of the converter process, the distinction between uniform and separate Transmission of switching information and control power without meaning. The signals K₁₁-K n4 of Fig. 1, 3 and 5 therefore only show the switching information.

Es gibt jedoch, wie das Ausführungsbeispiel in Fig. 7 zeigt, in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Wandlerverfahren eine besonders vorteilhafte Methode zum Übertragen der Steuerleistung, welche die im allgemeinen aufwendige Isolation von Steuerleistungstransformatoren überflüssig macht. Hierbei wird die innerhalb eines Stromrichters Bi zum Steuern der elektronischen Schalter Si1-Si4 benötigte Leistung an den Anschlüssen Ai1, Ai2 der in den Parallelschwingkreis einspeisenden Transformatoren TRi angegriffen und in Verstärkerstufen Vi1-Vi4, welche die z. B. durch Lichtwellenleiter zugeführten Schaltinformationen Ki1-Ki4 der elektronischen Schalter verstärken, über Potentialtrenntransformatoren Ti1-Ti4, eingespeist. Die Isolation dieser Potentialtrenntransformatoren muß lediglich für die innerhalb eines Stromrichters an den elektronischen Schaltern auftretenden Potentialunterschiede bemessen sein.However, as the exemplary embodiment in FIG. 7 shows, in connection with the converter method according to the invention there is a particularly advantageous method for transmitting the control power, which makes the generally complex isolation of control power transformers superfluous. Here, the power required within a converter B i for controlling the electronic switches S i1 -S i4 at the connections A i1 , A i2 of the transformers TR i feeding into the parallel resonant circuit is attacked and in amplifier stages V i1 -V i4 , which control the z. B. amplified by optical fiber switching information K i1 -K i4 of the electronic switch, fed via isolation transformers T i1 -T i4 . The isolation of these electrical isolation transformers only has to be dimensioned for the potential differences occurring at the electronic switches within a converter.

Bei der in Fig. 7 gezeigten Steuerleistungsversorgung wird die Steuerleistung über die Transformatoren TRi, welche auch die Isolation für die maximalen, in der Reihenschaltung aller Stromrichter auftretenden Potentialdifferenzen gewährleisten, dem Parallelschwingkreis LP, CP, entzogen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß dem Parallelschwingkreis, in Anordnungen beispielsweise nach Fig. 3 oder 6, wie die Diagramme in Fig. 5e und Fig. 5f zeigen, in den Nulldurchgängen der Eingangsspannung UE und des Eingangsstromes iE keine Leistung zugeführt wird und daher auch keine Leistung entzogen werden kann, ohne daß die Schwingung abklingt. In the control power supply shown in FIG. 7, the control power is withdrawn from the parallel resonant circuit L P , C P via the transformers TR i , which also ensure the insulation for the maximum potential differences occurring in the series connection of all converters. It should be noted that the parallel resonant circuit, in assemblies, for example according to Fig. 3 or 6, as the diagrams in Fig. 5e and Fig. 5f show, no power is supplied to the zero crossings of the input voltage U E and the input current i E and therefore no power can be withdrawn without the vibration subsiding.

Die Schwingung im Parallelschwingkreis muß beim Aussetzen der Energiezufuhr aus dem Eingangskreis zumindest für eine beschränkte Zeitdauer auch dann mit annähernd konstanter Amplitude der Spannung Us bestehen bleiben, wenn dem Parallelschwingkreis durch die Verstärkerstufen Vi1-Vi4, (i = 1-n) und weitere an die Sammelleistung SL (s. Fig. 7) angeschlossene Verbraucher VB Energie entzogen wird. Daher speist ein aus steuerbaren Leistungshalbleitern SH₁-SH₄ bestehender Hilfswechselrichter BH die benötigte Differenzleistung aus dem Ausgangskondensator CA in den Parallelschwingkreis ein.The oscillation in the parallel resonant circuit has to remain at least for a limited period of time with an approximately constant amplitude of the voltage U s when the power supply from the input circuit is interrupted if the parallel resonant circuit through the amplifier stages V i1 -V i4 , (i = 1-n) and further consumer VB energy connected to the collective power SL (see FIG. 7) is withdrawn. Therefore, an auxiliary inverter BH consisting of controllable power semiconductors SH₁-SH₄ feeds the required differential power from the output capacitor C A into the parallel resonant circuit.

Der Hilfswechselrichter BH kann außerdem über die Steuersignale KH₁-KH₄, insbesondere durch Verändern des Phasenwinkels zwischen diesen Signalen und der Schwingkreisspannung U so gesteuert werden, daß er über die in Reihe geschalteten Induktivitäten LH/2 dem Ausgangskondensator CA stets einen Strom iH entnimmt und in den Parallelschwingkreis einspeist. Er fließt dann als Teilkomponente des Ausgangsstromes iA über den Ausgangsstromrichter BA und die Induktivitäten LA/2 zum Ausgangskondensator CA zurück. Die so gebildeten Kreisströme iK1, iK2 gewährleisten auch bei kleinen, gegen Null gehendem Laststrom iLA einen kontinuierlichen Strom iA über den Ausgangsgleichrichter BA und somit ein konstantes, lastunabhängiges Verhältnis Us/UA = π/2 zwischen der Schwingkreisspannung Us und der Ausgangsspannung UA.The auxiliary inverter BH can also be controlled via the control signals KH₁-KH₄, in particular by changing the phase angle between these signals and the resonant circuit voltage U so that it always takes a current i H from the output capacitor C A via the inductors L H / 2 connected in series and feeds into the parallel resonant circuit. It then flows back of the output current i A via the output converter B A and the inductors L A / 2 to the output capacitor C A as a subcomponent. The circuit currents i K1 , i K2 formed in this way ensure a continuous current i A via the output rectifier B A, and thus a constant, load-independent ratio U s / U A = π / 2 between the resonant circuit voltage U, even when the load current i LA approaches zero s and the output voltage U A.

Der Hilfswechselrichter dient außerdem zur Inbetriebnahme des Wandlers, wenn die Steuerleistung für die elektronischen Schalter der Stromrichter Bi, wie oben gezeigt, über die Transformatoren TRi dem Parallelschwingkreis entnommen wird. Zu diesem Zweck wird der Ausgangskondensator CA über eine Umschalteinrichtung Su und einen Widerstand RH durch eine Hilfsspannung UH soweit aufgeladen, bis die Steuer- und Regeleinrichtung den Hilfswechselrichter BH über die Signale KH₁-KH₄ in Betrieb setzt. Damit wird die Schwingung des Parallelschwingkreises sowie die Spannungsversorgung der Verstärkerstufen Vi1-Vi4 zur Steuerung der Stromrichter Bi eingeleitet. Um mit einem möglichst kleinen Ladestrom iR auszukommen, ist der über den Kontakt 1 der Umschalteinrichtung Su fließende Laststrom iLA während der Aufladung des Kondensators über den Kontakt 2 unterbrochen. The auxiliary inverter is also used to start up the converter when the control power for the electronic switches of the converters B i , as shown above, is taken from the parallel resonant circuit via the transformers TR i . For this purpose, the output capacitor C A is charged via a switching device S u and a resistor R H by an auxiliary voltage U H until the control and regulating device sets the auxiliary inverter B H via the signals KH 1 -KH-into operation. This initiates the oscillation of the parallel resonant circuit and the voltage supply to the amplifier stages V i1 -V i4 for controlling the converter B i . In order to get by with the smallest possible charging current i R , the load current i LA flowing via contact 1 of the switching device S u is interrupted during the charging of the capacitor via contact 2 .

Prinzipiell ist es auch möglich, den Kondensator CA anstatt aus einer Hilfsspannung aus der Eingangsspannung UE für die Inbetriebnahme des Wandlers zu laden.In principle, it is also possible to charge the capacitor C A instead of an auxiliary voltage from the input voltage U E for starting up the converter.

Da es für Anwendungen in verschiedenen Ländern darauf ankommt, daß Netzgeräte automatisch auf die andere Netzspannung umschalten, ist hier ein Schalter vorgesehen, welcher die einzelnen Schalterbrücken in verschiedener Weise parallel und hintereinander schaltet. Die Schaltungsart und die entsprechenden Schalterstellungen sind in Fig. 8 schematisch wiedergegeben. Je nach Stellung der Schalter UK₁, UK₂, UK₃ lassen sich sechs dieser Module B1 . . . B6 hintereinander schalten oder jeweils zwei parallel oder jeweils drei parallel schalten. Nimmt man drei Dioden RD1, RD2, RD3 zu Hilfe, so kann man sich bei den Schaltern auch ein Kontaktpaar sparen.Since it is important for applications in different countries that power supply units automatically switch to the other mains voltage, a switch is provided here which switches the individual switch bridges in parallel and in succession in different ways. The circuit type and the corresponding switch positions are shown schematically in FIG. 8. Depending on the position of the switches UK₁, UK₂, UK₃, six of these modules B1. . . Connect B6 in series or connect two in parallel or three in parallel. If you use three diodes RD1, RD2, RD3, you can save yourself a pair of contacts with the switches.

Durch die zusätzlich vorgesehenen Schalter UK₁, UK₂, UK₃ wird eine Anpassung an eine systembedingte Änderung der Netzspannung Uo durchgeführt. Die an den Schalterbrücken insgesamt anliegende Eingangsspannung (UE) wird auf eine Reihen-Parallelschaltung mit entsprechend zahlreichen Schalterbrücken so aufgeteilt, daß nach der Anpassung der Spannungsabfall über jeder Schalterbrücke (Bi) die gleiche Größenordnung hat wie vor der Umschaltung, wobei die Schalterbrücken bezüglich der Reihen- bzw. Parallelschaltung zu Gruppen gleicher Anzahl von Schalterbrücken zusammengefaßt werden.Through the additionally provided switch UK₁, UK₂, UK₃ an adaptation to a system-related change in the mains voltage U o is carried out. The total input voltage present at the switch bridges (U E ) is divided into a series parallel connection with a corresponding number of switch bridges so that after the adjustment of the voltage drop across each switch bridge (B i ) has the same order of magnitude as before the switchover, the switch bridges with respect to the series or parallel connection can be combined into groups of the same number of switch bridges.

Die Umschaltung der Anzahl parallel und in Reihe geschalteter Brücken beim Übergang auf eine andere Netzspannung wird durchgeführt, wenn sich die Spannung UE um beispielsweise mehr als 100 V über eine Zeit von mindestens 10 ms geändert hat. Die Umschaltung wird durch einen Spannungsdetektor ausgelöst und die Anpassung an die neue Netzspannung erfolgt nach dem Ergebnis der Auswertung in einem Diskriminator durch Ansteuerung eines Schaltwerks.The changeover of the number of bridges connected in parallel and in series during the transition to a different mains voltage is carried out when the voltage U E has changed, for example, by more than 100 V over a time of at least 10 ms. The changeover is triggered by a voltage detector and the adaptation to the new mains voltage is carried out according to the result of the evaluation in a discriminator by triggering a switching mechanism.

Claims (19)

1. Verfahren zur Umwandlung von unterschiedlich großen Gleich- oder Wechselspannungen (UE) eines ersten als Eingangskreis (EK) bezeich­ neten Stromkreises, in welchem eine Induktivität (LE) Energie spei­ chert und die Änderungsgeschwindigkeit des Eingangsstromes (iE) be­ grenzt, in davon galvanisch getrennte Gleich- oder Wechselspannungen (UA) eines zweiten als Ausgangskreis (AK) bezeichneten Stromkreises, wobei die galvanische Trennung über ein Transformatorglied (TR) er­ folgt, das mit einem parallelgeschalteten Parallelschwingkreis (LP, CP) einen zwischen Eingangskreis und Ausgangskreis liegenden Wechsel­ spannungszwischenkreis (ZK) bildet, dessen Frequenz durch die Reso­ nanzfrequenz des Parallelschwingkreises gegeben und welche wesentlich höher als die höchste vorkommende Frequenz der Eingangswechsel­ spannung (UE) ist, und wobei elektronische Schalter (S₁₁ . . . Sn4), welche zu n Stromrichtern (B₁ . . . Bi . . . Bn) nach der Art eines Wechsel- oder Direktumrichters zusammengeschaltet sind, den Leistungsfluß zwischen dem Eingangskreis und dem Parallelschwingkreis steuern, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerung des Leistungsflusses über mehrere im Eingangskreis (EK) in Reihe geschaltete Stromrichter (B₁ . . . Bn) in der Weise erfolgt,
daß die Stromrichter den gemeinsamen Eingangsstrom (iE) wahlweise und unabhängig voneinander entweder über je eine eigene Wicklung des Transformatorgliedes (TR) parallel in den Parallelschwingkreis einspeisen oder an den Transformatorprimärwicklungen und dem Parallelschwingkreis vorbeileiten, und daß die Anzahl (α) der in den Parallelschwingkreis einspeisenden Stromrichter in Abhängigkeit von der Eingangsspannung (UE) im zeitlichen Mittelwert so verändert wird,
daß sich die gewünschte Schwingkreisspannung (Us) oder Ausgangsspannung (UA) einstellt.
1. Method for converting different sized direct or alternating voltages (U E ) of a first circuit designated as an input circuit (EK), in which an inductance (L E ) stores energy and limits the rate of change of the input current (i E ). in it galvanically isolated direct or alternating voltages (U A ) of a second circuit designated as an output circuit (AK), the galvanic isolation via a transformer element (TR) which follows with a parallel resonant circuit (L P , C P ) connected in parallel between the input circuit and output circuit lying AC voltage intermediate circuit (ZK), whose frequency is given by the resonance frequency of the parallel resonant circuit and which is substantially higher than the highest frequency of the input AC voltage (U E ), and wherein electronic switches (S₁₁.. S n4 ), which to n converters (B₁.. B i ... B n ) in the manner of an alternating or direct mrichters are interconnected, control the power flow between the input circuit and the parallel resonant circuit, characterized in that
that the power flow is controlled via several converters (B 1... B n ) connected in series in the input circuit (EK) in such a way that
that the converters selectively and independently feed the common input current (i E ) either in parallel to the parallel resonant circuit via separate windings of the transformer element (TR) or bypass the primary transformer windings and the parallel resonant circuit, and that the number (α) of those in the parallel resonant circuit feeding converter is changed as a function of the input voltage (U E ) over time,
that the desired resonant circuit voltage (U s ) or output voltage (U A ) is set.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf des Eingangsstroms (iE) durch in einer Steuer- und Regeleinrichtung (SR) gebildete Abweichungen (Δ) des zeitlichen Mittelwerts () der Anzahl (α) der in den Schwingkreis einspeisenden Stromrichter vom Verhältnis der Eingangsspannung (UE) zur Ausgangsspannung (UA) bestimmt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the temporal course of the input current (i E ) by deviations (Δ) formed in a control and regulating device (SR) of the temporal mean () of the number (α) of those feeding into the resonant circuit Converter is determined by the ratio of the input voltage (U E ) to the output voltage (U A ). 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinrichtung (SR) die Anzahl (α) der in den Schwingkreis einspeisenden Stromrichter in der Weise beeinflußt, daß der Eingangsstrom (iE) den gleichen zeitlichen Verlauf wie die Eingangsspannung (UE) annimmt.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the control and regulating device (SR) influences the number (α) of the converter feeding into the resonant circuit in such a way that the input current (i E ) has the same time profile as that Input voltage (U E ) assumes. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden von Einschwingvorgängen begrenzt werden, indem in der Steuer- und Regeleinheit (SR) die Änderung der Anzahl (α) der in den Zwischenkreis (ZK) einspeisenden Stromrichter (Bi) in der Zeiteinheit beschränkt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the amplitudes of transients are limited by the change in the number (α) of the converter (ZK) feeding in the converter (B) in the control and regulating unit (SR) i ) is limited in the unit of time. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinrichtung (SR) die elektronischen Schalter (Si1-Si4; i = 1 . . . n) in den Zeitpunkten der Nulldurchgänge der Schwingkreisspannung (Us) ein- und ausschaltet.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the control and regulating device (SR), the electronic switches (S i1 -S i4 ; i = 1 ... n) at the times of the zero crossings of the resonant circuit voltage (U s ) switches on and off. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinrichtung (SR) zur stufenlosen Regelung der Ausgangsspannung die Phasenlage der Schaltzeitpunkte gegenüber den Nulldurchgängen der Schwingkreisspannung um einen stetig veränderbaren Phasenwinkel verschiebt. 6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized, that the control and regulating device (SR) for stepless regulation the phase voltage of the switching times compared to the output voltage the zero crossings of the resonant circuit voltage by one changeable phase angle shifts.   7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Leistungsflusses über mehrere im Eingangskreis (EK) in Reihe geschaltete Stromrichter (B₁ . . . Bn) und Transformatoren (TR₁ . . . TRn) mit Mittelabgriff an der Eingangswicklung in der Weise erfolgt, daß die elektronischen Schalter (S₁₁ . . . Sn4) der Stromrichter den jedem Mittelabgriff der Transformatoren zugeführten gemeinsamen Eingangsstrom (iE) wahlweise und unabhängig voneinander über eine der beiden Eingangsteilwicklungen (Wi1, Wi2) leiten und dabei dem Parallelschwingkreis über die Transformatoren Energie zuführen oder entziehen, je nachdem ob die auf die Transformatoreingangsseite transformierte Spannung Us′ des Parallelschwingkreises dem Eingangsstrom entgegengerichtet oder diesem gleichgerichtet ist, wobei für die resultierende Anzahl (α) der in den Parallelschwingkreis einspeisenden Stromrichter α = n-2·e gilt, und wobei n die Gesamtzahl der Stromrichter und e die Anzahl der Stromrichter ist, die dem Parallelschwingkreis Energie entziehen.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the control of the power flow over several in the input circuit (EK) series-connected converters (B₁... B n ) and transformers (TR₁... TR n ) with center tap at the input winding in such a way that the electronic switches (S₁₁.. S n4 ) of the converter selectively and independently of each other the common input current (i E ) supplied to each center tap of the transformers via one of the two input partial windings (W i1 , W i2 ) conduct and thereby supply or withdraw energy from the parallel resonant circuit via the transformers, depending on whether the voltage U s ′ of the parallel resonant circuit transformed on the transformer input side is opposite or rectified to the input current, with the resultant number (α) of the converters α feeding into the parallel resonant circuit = n-2 · e, and where n is the total number of currents mrichter and e is the number of converters that draw energy from the parallel resonant circuit. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Steuern der elektronischen Schalter (Si1 . . . Si4) der Stromrichter (Bi) benötigte Leistung an den stromrichterseitigen Anschlüssen (Ai1, Ai2) der in den Parallelschwingkreis einspeisenden Transformatoren (TRi) abgegriffen und in Verstärkerstufen (Vi1 . . . Vin), welche die Steuersignale (Ki1 . . . Ki4) der elektronischen Schalter verstärken, über Potentialtrenntransformatoren (Ti1 . . . Ti4) eingespeist wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the power required to control the electronic switches (S i1 ... S i4 ) of the converter (B i ) at the converter-side connections (A i1 , A i2 ) tapped into the parallel resonant circuit transformers (TR i ) and in amplifier stages (V i1... V in ), which amplify the control signals (K i1... K i4 ) of the electronic switches, via potential isolating transformers (T i1... T i4 ) is fed. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aussetzen der Energiezufuhr vom Eingangskreis zum Parallelschwingkreis, beispielsweise im Nulldurchgang des Eingangsstromes (iE) bei sinusförmiger Eingangsspannung (UE), ein aus steuerbaren Leistungshalbleitern (SH₁ . . . SH₄) bestehender Hilfswechselrichter (BH) Leistung dem auf eine Ausgangsspannung (UA) aufgeladenen Ausgangskondensator (LA) entnimmt und in den Parallelschwingkreis einspeist, so daß auch bei fehlender Leistungszufuhr aus dem Eingangskreis die Spannung (Us) des Parallelschwingkreises als kontinuierliche und annähernd konstante Versorgungsspannung für die Verstärkerstufen (Vi1 . . . Vi4, i = 1-n), die Steuer- und Regeleinrichtung (SR) oder weitere über die Sammelleitung (SL) an den Parallelschwingkreis angeschlossenen Verbraucher (VB) bestehen bleibt.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that when suspending the energy supply from the input circuit to the parallel resonant circuit, for example in the zero crossing of the input current (i E ) with sinusoidal input voltage (U E ), one of controllable power semiconductors (SH₁... SH₄) existing auxiliary inverter (B H) power draws the charged to an output voltage (U a) output capacitor (L a) and in the parallel resonant circuit, so that even in the absence of power supply from the input circuit, the voltage (U s) feeds the parallel resonant circuit as a continuous and almost constant supply voltage for the amplifier stages (V i1... V i4 , i = 1-n), the control and regulating device (SR) or other consumers (VB) connected to the parallel resonant circuit via the bus (SL) remains. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegen Null gehendem Laststrom (iLA) des Ausgangskreises der Hilfswechselrichter (BH) dem Ausgangskondensator (LC) stets soviel Leistung und damit einen Strom (iH) entnimmt und in den Parallelschwingkreis zurückspeist, daß über den Hilfswechselrichter und den Ausgangsstromrichter sowie über die zu diesen zur Glättung der Ströme (iH, iA) in Reihe geschalteten Induktivitäten (LH/2, LA/2) Kreisströme (iK1, iK2) fließen, die einen kontinuierlichen Strom (iA) über den Ausgangsstromrichter (BA) und damit ein konstantes, lastunabhängiges Verhältnis zwischen der Schwingkreisspannung (Us) und der Ausgangsspannung (UA) gewährleisten.10. The method according to claim 9, characterized in that when the load current (i LA ) of the output circuit of the auxiliary inverter (B H ) approaches zero, the output capacitor (LC) always takes as much power and thus a current (i H ) and feeds it back into the parallel resonant circuit that circulating currents (i K1 , i K2 ) flow through the auxiliary inverter and the output converter, as well as through the inductances (L H / 2 , L A / 2 ) connected in series to smooth the currents (i H , i A ), which ensure a continuous current (i A ) via the output converter (B A ) and thus a constant, load-independent ratio between the resonant circuit voltage (U s ) and the output voltage (U A ). 11. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Inbetriebnahme der Ausgangskondensator (LA) über eine Umschaltung (Su) und einen Widerstand (RH) aus einer Hilfsspannungsquelle (UH) aufgeladen wird, wobei die Umschalteinrichtung gleichzeitig das Fließen eines Laststroms (iLA) und Entladen des Ausgangskondensators (CA) verhindert, und daß, nachdem der Ausgangskondensator auf eine ausreichend hohe Ausgangsspannung (UA) aufgeladen ist, die Steuer- und Regeleinrichtung (SR) über Signale (KH1 . . . KH4) zuerst den Hilfswechselrichter (BH) in Betrieb setzt und damit die Schwingung des Parallelschwingkreises sowie die Spannungsversorgung der Verstärkerstufen (Vi1 . . . Vin), zur Steuerung der Leistungshalbleiter der Stromrichter (Bi) des Eingangskreises einleitet.11. The method according to claims 7 and 8, characterized in that for starting the output capacitor (L A ) via a switch (S u ) and a resistor (R H ) from an auxiliary voltage source (U H ) is charged, the switching device at the same time prevents the flow of a load current (i LA ) and discharging of the output capacitor (C A ), and that after the output capacitor is charged to a sufficiently high output voltage (U A ), the control and regulating device (SR) via signals (K H1 . ... K H4 ) first starts the auxiliary inverter (B H ) and thus initiates the oscillation of the parallel resonant circuit and the voltage supply to the amplifier stages (V i1 ... V in ) for controlling the power semiconductors of the converters (B i ) of the input circuit. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung in der Diagonalen der zugeordneten Schalterbrücke (Bi), welche kontaktlose Schalter (Si1, Si2, Si3, Si4) aufweist, durch kreuzweises Schließen der Schalter eingeschaltet wird, wobei die Stromrichtung durch Wechseln der Brückenzweige geändert wird.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the primary winding in the diagonal of the associated switch bridge (B i ), which has contactless switches (S i1 , S i2 , S i3 , S i4 ) by crosswise closing the Switch is turned on, the current direction is changed by changing the bridge branches. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (Si1, Si2, Si3, Si4) zum Abschalten der Primärwicklung i derart betätigt werden, daß der Strom an der betreffenden Wicklung vorbeigeleitet wird.13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the switches (S i1 , S i2 , S i3 , S i4 ) are actuated to switch off the primary winding i in such a way that the current is conducted past the winding in question. 14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch zusätzlich vorgesehene Schalter (UK₁, UK₂, UK₃) zur Anpassung an eine systembedingte Änderung der Netzspannung Uo die an den Schalterbrücken insgesamt anliegende Eingangsspannung (UE) auf eine Reihen-Parallelschaltung mit entsprechend zahlreichen Schalterbrücken so aufgeteilt wird, daß nach der Anpassung der Spannungsabfall über jeder Schalterbrücke (Bi) die gleiche Größenordnung hat wie vor der Umschaltung, und daß die Schalterbrücken bezüglich der Reihen- bzw. Parallelschaltung zu Gruppen gleicher Anzahl von Schalterbrücken zusammengefaßt werden.14. The method according to claim 1, characterized in that by additionally provided switches (UK₁, UK₂, UK₃) to adapt to a system-related change in the mains voltage U o the total applied to the switch bridges input voltage (U E ) on a series parallel connection with accordingly numerous switch bridges is divided so that after the adjustment of the voltage drop across each switch bridge (B i ) has the same order of magnitude as before the switchover, and that the switch bridges are combined into groups of the same number of switch bridges with respect to series or parallel connection. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der Anzahl parallel und in Reihe geschalteter Brücken beim Übergang auf eine andere Netzspannung durchgeführt wird, wenn sich die Spannung UE um mehr als 100 V über eine Zeit von mindestens 10 ms geändert hat.15. The method according to claim 14, characterized in that the switching of the number of bridges connected in parallel and in series is carried out at the transition to a different mains voltage if the voltage U E has changed by more than 100 V over a time of at least 10 ms . 16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung durch einen Spannungsdetektor ausgelöst und die Anpassung an die neue Netzspannung nach dem Ergebnis der Auswer­ tung in einem Diskriminator durch Ansteuerung eines Schaltwerks durchgeführt wird. 16. The method according to claim 14 or 15, characterized, that the switch is triggered by a voltage detector and the Adaptation to the new mains voltage according to the result of the evaluation device in a discriminator by controlling a switching mechanism is carried out.   17. Anordnung zur Umwandlung von unterschiedlich groben Gleich- oder Wechselspannungen (UE) eines ersten als Eingangskreis (EK) be­ zeichneten Stromkreises, in welchem eine Induktivität (LE) Energie speichert und die Änderungsgeschwindigkeit des Eingangsstromes (iE) begrenzt, in davon galvanisch getrennte Gleich- oder Wechselspan­ nungen (UA) eines zweiten als Ausgangskreis (AK) bezeichneten Stromkreises, wobei die galvanische Trennung über ein Transfor­ matorglied (TR) erfolgt, das mit einem parallelgeschalteten Parallelschwingkreis (LP, CP) eines zwischen Eingangskreis und Ausgangskreis liegenden Wechselspannungszwischenkreis (ZK) bildet, dessen Frequenz durch die Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises gegeben und mindestens eine Größenordnung höher als die höchste vor­ kommende Frequenz der Eingangswechselspannung (UE) ist, und wobei kontaktlose Schalter (S₁₁ . . . S₁₄), welche zu n Stromrichtern (B₁ . . . Bi . . . Bn) nach der Art eines Wechselrichters oder Direktumrichters zusammengeschaltet sind, den Leistungsfluß zwischen dem Eingangskreis und dem Parallelschwingkreis über das Transformatorglied (TR) steuern, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Schalterbrücken (Bi) vorgesehen sind, welche durch zusätzliche Schalter (UK) in Gruppen von mindestens zwei in Reihe liegenden Schalterbrücken (Bi) parallel und/oder hintereinanderschaltbar sind, wobei in der Brückendiagonalen die Primärwicklungen (W₁ . . . Wn) eines Transformatorglieds (TR) liegen, dessen Sekundärseite Energie in einen Parallelschwingkreis einspeist, und daß ein Schaltkreis vorgesehen ist, der die Auskopplung von Energie an die Last L ermöglicht.17. Arrangement for converting different coarse direct or alternating voltages (U E ) of a first circuit designated as an input circuit (EK), in which an inductance (L E ) stores energy and limits the rate of change of the input current (i E ), in it Galvanically isolated direct or alternating voltages (U A ) of a second circuit designated as an output circuit (AK), the galvanic isolation being carried out via a transformer element (TR) which has a parallel resonant circuit (L P , C P ) connected between the input circuit and Output circuit lying AC voltage intermediate circuit (ZK), the frequency of which is given by the resonance frequency of the parallel resonant circuit and is at least one order of magnitude higher than the highest frequency before the incoming AC voltage (U E ), and wherein contactless switches (S₁₁.. S₁₄), which to n Power converters (B₁... B i ... B n ) in the manner of a Wechselric hters or direct converter are interconnected, control the power flow between the input circuit and the parallel resonant circuit via the transformer element (TR), for carrying out the method according to one of claims 1 to 13, characterized in that switch bridges (B i ) are provided which are provided by additional switches (U K ) in groups of at least two series-connected switch bridges (B i ) can be connected in parallel and / or in series, the primary windings (W 1. . . W n ) of a transformer element (TR), the secondary side of which feeds energy into a parallel resonant circuit, and that a circuit is provided which enables the decoupling of energy to the load L. 18. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Transformatorglied (TR) aus einem Transformator mit n Primärwicklungen und einer Sekundärwicklung besteht.18. Arrangement for performing the method according to one of the claims 1 to 17, characterized, that the transformer element (TR) from a transformer with n There are primary windings and a secondary winding. 19. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Transformatorglied (TR) aus n Transformatoren mit parallel geschalteten Sekundärwicklungen besteht.19. Arrangement for performing the method according to one of the claims 1 to 18, characterized, that the transformer element (TR) from n transformers with parallel switched secondary windings.
DE4344709A 1993-12-27 1993-12-27 Process for converting DC or AC voltages of different sizes into an arbitrarily specified voltage Expired - Fee Related DE4344709C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4344709A DE4344709C2 (en) 1993-12-27 1993-12-27 Process for converting DC or AC voltages of different sizes into an arbitrarily specified voltage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4344709A DE4344709C2 (en) 1993-12-27 1993-12-27 Process for converting DC or AC voltages of different sizes into an arbitrarily specified voltage

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4344709A1 DE4344709A1 (en) 1995-06-29
DE4344709C2 true DE4344709C2 (en) 1995-11-09

Family

ID=6506391

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4344709A Expired - Fee Related DE4344709C2 (en) 1993-12-27 1993-12-27 Process for converting DC or AC voltages of different sizes into an arbitrarily specified voltage

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE4344709C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8106538B2 (en) 2001-09-19 2012-01-31 Cameron International Corporation DC voltage converting device
US8212410B2 (en) 2002-11-12 2012-07-03 Cameron International Corporation Electric control and supply system

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20115471U1 (en) 2001-09-19 2003-02-20 Biester Klaus Universal energy supply system
DE20115474U1 (en) 2001-09-19 2003-02-20 Biester Klaus DC converter device
DE20018560U1 (en) 2000-10-30 2002-03-21 Cameron Gmbh Control and supply system
DE20115473U1 (en) 2001-09-19 2003-02-20 Biester Klaus Universal energy supply system
DE20115475U1 (en) 2001-09-19 2003-02-20 Biester Klaus DC converter device
GB0625121D0 (en) 2006-12-18 2007-01-24 Gendrive Ltd Electrical energy converter

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8536731B2 (en) 2001-05-07 2013-09-17 Cameron International Corporation Electric control and supply system
US8106538B2 (en) 2001-09-19 2012-01-31 Cameron International Corporation DC voltage converting device
US8212410B2 (en) 2002-11-12 2012-07-03 Cameron International Corporation Electric control and supply system

Also Published As

Publication number Publication date
DE4344709A1 (en) 1995-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2100367B1 (en) Device for converting an electric current
EP3172823B1 (en) Dc-to-dc converter comprising a transformer
EP0820893A2 (en) Traction system for rail vehicle and control method therefor
EP2586646B1 (en) Electrical power supply assembly for drive units, for operating a rail vehicle on electrical supply networks
DE60113166T2 (en) Regulated resonant converter
EP2845303B1 (en) Power converter and operating method for converting voltages
EP2992595A1 (en) Converter assembly having multi-step converters connected in parallel and method for controlling said multi-step converters
EP0682402B1 (en) Output magnitudes rise limiting device for self-commutated constant voltage intermediate circuit converter
DE4344709C2 (en) Process for converting DC or AC voltages of different sizes into an arbitrarily specified voltage
EP2067227B1 (en) Drive energy supply in rail vehicles
EP2728735A2 (en) Modular traction converter system with energy storage device for providing a dc link voltage and method for its operation
CH693523A5 (en) Means for limiting the Aenderungsgeschwindigkeit the output-side voltage of a self-commutated multiphase converter.
EP0952030B1 (en) Electric supply circuit for an electric drive system
EP0026374B1 (en) Device for transferring high-power electric energy from a higher frequency three-phase supply network to a lower frequency single-phase load network
EP3513475B1 (en) Installation for transmitting electrical power comprising a filter unit
DE4205599B4 (en) Half-bridge inverter or a circuit arrangement derived from a full-bridge inverter by halving calculation in the form of a half-bridge inverter and method for controlling it
EP2477301A1 (en) Assembly for feeding electrical energy into an energy supply network
DE10215236C1 (en) Device for the inductive transmission of electrical energy
EP3363091B1 (en) Device and method for controlling a load flow in an alternating-voltage network
EP3741023B1 (en) Device and method for controlling a load flow in an alternating-voltage network
WO2018113926A1 (en) Power converter
EP0534285B1 (en) Filter circuit
DE10323503A1 (en) Power converter e.g. for railroad traction engineering, has identical two-pole networks arranged in bridge branches of parallel converter phases
EP3656032A1 (en) Series compensation device
DE4033281C2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70567 STUTTGART, DE

8339 Ceased/non-payment of the annual fee