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Die Erfindung betrifft eine Brückenschaltung zur Bereitstellung eines Wechselstroms an einem Phasenanschluss, sowie eine Energiewandlungsanlage mit einer solchen Brückenschaltung.
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Bei der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom oder von Wechselstrom in Gleichstrom werden Brückenmodule verwendet, bei denen die an Gleichspannungsanschlüssen der Brückenmodule anliegenden Potentiale durch Halbleiterschalter getaktet an einem Phasenanschluss der Brückenmodule bereitgestellt werden. Hierbei ist es wünschenswert, neben dem positiven und dem negativen Potential der Gleichstromanschlüsse weitere Zwischenpotentiale bereitstellen zu können, die beispielsweise durch einen geteilten Zwischenkreis an den Gleichspannungsanschlüssen gebildet werden können. Es ist aber auch bekannt, Zwischenpotentiale innerhalb des Brückenmoduls zu erzeugen, beispielsweise mittels einer sogenannten Flying Capacitor Topologie. Je mehr Zwischenpotentiale an dem Ausgangsanschluss des Brückenmoduls bereitgestellt werden können, desto kleiner, leichter und damit kostengünstiger kann ein dem Brückenmodul nachgeschalteter Filter ausgebildet sein.
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Aus der Schrift
DE 10 2012 107 122 A1 ist weiterhin eine Brückenschaltung zur Bereitstellung eines Wechselstroms an einem Phasenanschluss bekannt, wobei zusätzliche Zwischenpotentiale über einen dem Brückenmodul nachgeschalteten Filter erzeugt werden können, indem das Brückenmodul zwei zueinander versetzt getaktete Brückenausgänge aufweist, und der Filter in jeweiligen Verbindungspfaden zwei magnetisch gekoppelte Filterdrosseln aufweist, über die die beiden Brückenausgänge mit dem gemeinsamen Phasenanschluss verbunden sind. Auf diese Weise können Wechselrichter mit einer hohen Leistungsdichte mit geringem Gewicht, das maßgeblich von dem Gewicht des Filters mitbestimmt wird, hergestellt werden. Vergleichbare Topologien mit Filterdrosseln in getrennten Verbindungspfaden zwischen mehreren Brückenausgängen und einem gemeinsamen Phasenausgang sind auch in den Dokumenten
DE 10 2016 222 001 A1 und
EP 2 136 465 A1 offenbart, wobei die Filterdrosseln teilweise nicht magnetisch gekoppelt sind.
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Hierbei entsteht das Problem, dass bei großen Wechselrichter- bzw. Gleichrichterleistungen die durch das Brückenmodul bereitgestellten Ströme hoch sind und dass ein aufgrund von Sicherheitsvorschriften erforderliches Trennrelais, das den Stromfluss aus dem Brückenmodul über zwei voneinander unabhängig betätigbare Relaiskontakte trennt, auf den maximal fließenden Strom ausgelegt werden muss. Dies führt zu erheblichen Kosten und zu einem hohen Zusatzgewicht, da große Relais überproportional schwer sind im Vergleich zu kleinen Relais.
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Es ist daher die Aufgabe dieser Erfindung, eine Brückenschaltung zur Bereitstellung oder Aufnahme eines Wechselstroms an einem Phasenanschluss beziehungsweise eine Energiewandlungsanlage mit verringertem Materialaufwand aufzuzeigen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Brückenschaltung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Weitere Ausführungsformen sind mit den Merkmalen der Unteransprüche beschrieben. Anspruch 11 ist gerichtet auf eine Energiewandlungsanlage mit einer solchen Brückenschaltung.
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Eine erfindungsgemäße Brückenschaltung dient zur Bereitstellung eines Wechselstroms an einem Phasenanschluss und umfasst:
- - einen ersten Gleichspannungsanschluss, und einen zweiten Gleichspannungsanschluss zum Anschluss einer Gleichstromquelle oder Gleichstromlast,
- - einen Zwischenkreis,
- - eine Brücke mit Brückenschaltern, die dazu eingerichtet ist, an dem ersten Gleichspannungsanschluss und dem zweiten Gleichspannungsanschluss anliegende Potentiale an einem ersten Brückenausgang und einem zweiten Brückenausgang unabhängig voneinander getaktet bereitzustellen,
wobei sich ein erster Verbindungspfad zwischen dem ersten Brückenausgang und dem Phasenanschluss und ein zweiter Verbindungspfad zwischen dem zweiten Brückenausgang und dem Phasenanschluss erstreckt,
wobei jeder der Verbindungspfade brückenausgangsseitig eine Filterdrossel aufweist und die Filterdrosseln der Verbindungspfade miteinander magnetisch gekoppelt sind,
wobei ein Trennrelais mit einer Mehrzahl von Relaiskontakten derart zwischen den Brückenausgängen und dem Phasenanschluss angeordnet ist, dass in einem getrennten Abschnitt der Verbindungspfade jeweils mindestens einer der Relaiskontakte in jedem der Verbindungspfade angeordnet ist.
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Die Taktung der Brückenschaltung erfolgt dabei versetzt mit einer Phasenverschiebung der Träger der beiden Brückenausgängen von typischerweise mit der Halben oder einem Viertel der Schaltperiode. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, an dem Phasenanschluss neben den Potentialen der Brückenausgänge weitere Potentiale bereitzustellen, deren Wert sich zwischen den aktuellen Werten der Brückenausgangspotentiale befindet. Als Folge kann die Brückenschaltung verlustärmer betrieben werden und/oder ein Netzfilter der Brückenschaltung kann kostengünstiger gestaltet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Brücke dazu eingerichtet und ausgelegt ist, an jedem der Brückenausgänge neben dem an dem ersten Gleichspannungsanschluss und dem an dem zweiten Gleichspannungsanschluss anliegenden Potential noch ein drittes, aus Potentialen der Gleichspannungsanschlüsse gebildetes Potentialniveaus bereitzustellen. Das Potential kann durch einen geteilten Zwischenkreis gebildet sein und an einem Mittelpunkt dieses geteilten Zwischenkreises abgegriffen werden. Es ist aber auch denkbar, das dritte Potential durch einen zwischen Brückenschaltern der Brücke angeordneten Kondensator, einen sogenannten Flying Capacitor, zu bilden, der zur Spannungsverschiebung des an einem der Brückenausgängen anliegenden Potential gegenüber einem der Potentiale der Gleichspannungsanschlüsse verwendbar ist. Ebenso können weitere Potentialniveaus durch einen mehrfach geteilten Zwischenkreis oder einer Kombination eines geteilten Zwischenkreises mit einer Flying Capacitor Brücke gebildet und an den Brückenausgängen durch geeignete Taktung der Brückenschalter bereitgestellt werden. So kann beispielsweise in einer Ausführungsform die Brücke dazu eingerichtet und ausgelegt sein, an jedem der Brückenausgänge fünf aus Potentialen der Gleichspannungsanschlüsse gebildete Potentialniveaus bereitzustellen
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Dadurch, dass sich im Betrieb der Brückenschaltung mithilfe einer bekannten Symmetrierregelung für den Brückenstrom der Strom im Wesentlichen gleichmäßig auf die Verbindungspfade verteilt, wird die Strombelastung der Relaiskontakte des Trennrelais halbiert, so dass kostengünstigere und leichtere Relais-Typen als Trennrelais Verwendung finden können. Vorzugsweise befinden sich die verteilten Relaiskontakte des Trennrelais dabei in unterschiedlichen Relaisgehäusen, so dass eine bessere Kühlung eines jeden Relaiskontaktes erfolgen kann, was den erforderlichen Bauraum weiter reduziert. Die Zusatzkosten und das Zusatzgewicht durch die zusätzlichen Spannungsmessungen an den Kondensatoren 16a und 16b sowie ggf. 46a und 46b ist demgegenüber vernachlässigbar.
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Sofern sich DC-seitig oder AC-seitig von der Brückenschaltung eine galvanische Trennebene befindet, beispielsweise gebildet durch einen Transformator, kann auf weitere Relaiskontakte verzichtet werden. Andernfalls fordern Sicherheitsnormen, dass zwischen jedem der Brückenausgänge und dem Phasenanschluss jeweils zwei unabhängig voneinander betätigbare Relaiskontakte des Trennrelais seriell angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind in diesem Fall in dem getrennten Abschnitt der Verbindungspfade jeweils zwei Relaiskontakte angeordnet. Hierdurch braucht jeder Relaiskontakt nur auf den maximal in dem jeweiligen Verbindungspfad fließenden Strom ausgelegt zu werden. Ein Anwendungsbeispiel für eine Brückenschaltung ohne zwei serielle Relaiskontakte ist einen DC-Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge, bei der eine solche galvanische Trennebene regelmäßig vorhanden ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist ein gemeinsamer Relaiskontakt des Trennrelais in einem gemeinsamen Abschnitt des ersten Verbindungspfades und des zweiten Verbindungspfades angeordnet ist. Hierdurch wird zwar dieser gemeinsame Relaiskontakt mit dem gesamten Phasenstrom belastet, andererseits ist es aber möglich, eine elektrische Größe, beispielsweise eine Spannung oder ein Strom, an einer Stelle zwischen den seriellen Relaiskontakten der beiden Verbindungspfade mit einer gemeinsamen Messvorrichtung in dem gemeinsamen Abschnitt des ersten Verbindungspfades und des zweiten Verbindungspfades zu erfassen, auch wenn beide Verbindungspfade vom Phasenanschluss durch einen geöffneten Relaiskontakt getrennt sind.
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Alternativ oder zusätzlich kann ein weiterer Filter, umfassend eine weitere Filterdrossel und einen weiteren Filterkondensator, in dem gemeinsamen Abschnitt des ersten Verbindungspfades und des zweiten Verbindungspfades angeordnet sein, wobei zwischen dem weiteren Filter und dem Phasenanschluss ein Relaiskontakt des Trennrelais angeordnet ist.
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Um die nicht netzfrequenten Anteile des bereitgestellten Wechselstroms effektiv zu unterdrücken, ist bevorzugt in jedem der Verbindungspfade jeweils ein Filterkondensator zwischen der Filterdrossel und dem Trennrelais angeschlossen, der mit einem weiteren Anschluss mit dem ersten Gleichspannungsanschluss, dem zweiten Gleichspannungsanschluss oder dem Mittelpunkt verbunden ist. Eine Verbindung mit dem Mittelpunkt hat hierbei den Vorteil einer geringeren Spanungsbelastung der Filterkondensatoren.
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Eine weitere Unterdrückung der nicht netzfrequenten Anteile des bereitgestellten oder aufgenommenen Wechselstroms kann erreicht werden, indem in mindestens einem der ersten und zweiten Verbindungspfade, bevorzugt jeweils in beiden Verbindungspfade, ein zweiter Filter, umfassend eine zweite Filterdrossel und einen zweiten Filterkondensator, zwischen Filterdrossel und Trennrelais angeordnet ist. Es ergibt sich hierdurch ein sogenannter LCLC-Filter.
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Die Gleichstromquelle oder Gleichstromlast kann dabei auch über weitere leistungselektronische Konverter angeschlossen sein, die zum Beispiel die Gleichspannung herauf oder heruntersetzen.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Energiewandlungsanlage eine erfindungsgemäße Brückenschaltung. Die Energiewandlungsanlage kann hierbei einphasig oder mehrphasig an ein Wechselspannungsnetz anschlossen sein. Bei mehrphasigem Anschluss kann für jede der Phasen eine erfindungsgemäße Brückenschaltung vorgesehen sein. Die Energiewandlungsanlage weist bevorzugt einen Photovoltaikgenerator oder eine Batterie als Gleichstromquelle für die Bereitstellung des gewandelten Wechselstroms auf. Die Energiewandlungsanlage kann aber auch zusätzlich zu oder anstelle von einer Gleichstromquelle auch eine Gleichstromlast aufweisen oder zum Anschluss einer solchen Last eingerichtet sein. Beispielsweise kann die Energiewandlungsanlage eine DC-Ladevorrichtung für ein Elektrofahrzeug sein.
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Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe von Figuren dargestellt, von denen
- 1 eine erste erfindungsgemäße Ausführung einer Brückenschaltung zeigt,
- 2 eine zweite erfindungsgemäße Ausführung einer Brückenschaltung zeigt,
- 3 eine dritte erfindungsgemäße Ausführung einer Brückenschaltung zeigt,
- 4 eine vierte erfindungsgemäße Ausführung einer Brückenschaltung zeigt,
- 5 eine fünfte erfindungsgemäße Ausführung einer Brückenschaltung zeigt,
- 6 eine erfindungsgemäße Ausführung einer Energiewandlungsanlage zeigt,
- 7a eine erste Ausgestaltung einer Brücke in einer erfindungsgemäßen Brückenschaltung zeigt,
- 7b eine zweite Ausgestaltung einer Brücke in einer erfindungsgemäßen Brückenschaltung zeigt,
- 7c eine dritte Ausgestaltung einer Brücke in einer erfindungsgemäßen Brückenschaltung zeigt
- 7d eine vierte Ausgestaltung einer Brücke in einer erfindungsgemäßen Brückenschaltung zeigt,
- 7e eine fünfte Ausgestaltung einer Brücke in einer erfindungsgemäßen Brückenschaltung zeigt,
- 7f eine sechste Ausgestaltung einer Brücke in einer erfindungsgemäßen Brückenschaltung zeigt,
- 7g eine siebte Ausgestaltung einer Brücke in einer erfindungsgemäßen Brückenschaltung zeigt,
- 7h eine achte Ausgestaltung einer Brücke in einer erfindungsgemäßen Brückenschaltung zeigt,
- 7i eine neunte Ausgestaltung einer Brücke in einer erfindungsgemäßen Brückenschaltung zeigt,
- 7j eine zehnte Ausgestaltung einer Brücke in einer erfindungsgemäßen Brückenschaltung zeigt und
- 7k eine elfte Ausgestaltung einer Brücke in einer erfindungsgemäßen Brückenschaltung zeigt.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung einer Brückenschaltung 10 mit Gleichspannungsanschlüssen DC+, DC-, an denen eine Gleichstromquelle oder Gleichstromlast angeschlossen werden kann. Zwischen den Gleichspannungsanschlüssen DC+, DC- ist ein Zwischenkreis in Form einer Serienschaltung von zwei Zwischenkreiskondensatoren 17 angeordnet, dessen Mittelpunkt M zusammen mit den Gleichspannungsanschlüssen DC+, DC- Gleichspannungen einer Brücke 11 bereitstellen. Die Brücke 11 weist zwei Brückenausgänge 18a, 18b auf, an denen die Brücke 11 unabhängig voneinander getaktet Spannungen bereitstellt, die aus den Gleichspannungen gebildet sind.
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Vom ersten Brückenausgang 18a erstreckt sich ein Verbindungspfad 15a bis zu einem Phasenanschluss AC der Brückenschaltung 10, in dem brückenausgangsseitig eine erste Filterdrossel 12a, sowie phasenanschlussseitig ein Relaiskontakt 14a eines Trennrelais 13 angeordnet sind. Zwischen der ersten Filterdrossel 12a und dem Trennrelais 13 zweigt ein erster Filterkondensator 16a ab, der mit dem Mittelpunkt M verbunden ist. Der zweite Verbindungspfad 15b ist analog aufgebaut und erstreckt sich vom Brückenausgang 18b bis zum Phasenanschluss AC der Brückenschaltung 10, in dem brückenausgangsseitig eine zweite Filterdrossel 12b, sowie phasenanschlussseitig ein weiterer Relaiskontakt 14b des Trennrelais 13 angeordnet sind. Zwischen der zweiten Filterdrossel 12b und dem Trennrelais 13 zweigt ein zweiter Filterkondensator 16b ab, der ebenfalls mit dem Mittelpunkt M verbunden ist. Die Filterkondensatoren 16a, 16b können alternativ auch mit einem der Gleichspannungsanschlüsse DC+, DC- verbunden sein.
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Die erste Filterdrossel 12a und die zweite Filterdrossel 12b sind magnetisch miteinander gekoppelt, insbesondere weisen sie einen gemeinsamen Kern auf. Da in jedem der Verbindungspfade 15a, 15b jeweils ein Relaiskontakt 14a, 14b angeordnet ist, kann das Trennrelais 13 bezüglich seiner Strombelastbarkeit nur auf den maximalen Strom ausgelegt werden, der in dem jeweiligen Verbindungspfad 15a, 15b fließen kann. Hierdurch kann das Trennrelais 13 kostengünstig gestaltet werden. Es ist aber auch denkbar, dass jeder der Relaiskontakte 14a, 14b durch zwei serielle Kontakte gebildet wird, die aus Gründen der Sicherheit getrennt voneinander betätigt werden können, also beispielsweise unterschiedlichen Relais zugeordnet sind. Wie bereits vorstehend erwähnt, kann aber auch ein einzelner Relaiskontakt in jedem Verbindungspfad geltende Sicherheitsnormen erfüllen, beispielsweise wenn der Brückenschaltung eine galvanisch trennende Ebene vorgeschaltet oder nachgeschaltet ist. Dies gilt auch für die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen.
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Die in 2 gezeigte Brückenschaltung 10 unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Schaltung zum einen dadurch, dass das Trennrelais 13 nunmehr nur drei Relaiskontakte 14 aufweist, von dem ein Relaiskontakt in einem gemeinsamen Abschnitt der Verbindungspfade 15a, 15b angeordnet ist, während die anderen Relaiskontakte 14 jeweils in getrennt voneinander verlaufenden Abschnitten der Verbindungspfade 15a, 15b angeordnet sind. Hierdurch muss zwar der im gemeinsamen Abschnitt der Verbindungspfade 15a, 15b angeordnete Relaiskontakt 14 auf den maximalen Strom am Phasenanschluss AC ausgelegt werden, was nur einen Teil der Einsparung ermöglicht. Gleichzeitig ermöglicht es diese Anordnung der Relaiskontakte 14 aber, eine elektrische Größe, beispielsweise der Spannung, zwischen der seriellen Anordnung der Relaiskontakte 14 mit der gleichen Messvorrichtung zu erfassen, so dass gegebenenfalls eine Messvorrichtung eingespart werden kann. Diese Erfassung kann bei einer Funktionsüberprüfung der Relaiskontakte, bei einem Synchronisationsvorgang der durch die Brückenschaltung gestellten Wechselspannung vor Verbindung mit einem an dem Phasenanschluss angeschlossenen Wechselspannungsnetzes oder auch während des normalen Einspeisebetriebs der Brückenschaltung erforderlich sein.
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Die Brückenschaltung 10 der 3 hat die gleiche Anordnung der Relaiskontakte 14 wie in 2 gezeigt, wobei zusätzlich ein weiterer Filter in dem gemeinsamen Abschnitt der Verbindungspfade 15a, 15b zwischen den seriellen Relaiskontakten 14 angeordnet ist. Der weitere Filter weist eine weitere Filterdrossel 32 und einen weiteren Filterkondensator 36 auf, der ebenfalls mit dem Mittelpunkt M verbunden ist.
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Die Brückenschaltung 10 der 4 greift wiederum die Anordnung der Relaiskontakte 14 wie in 1 gezeigt auf, wobei zusätzlich in jedem der Verbindungspfade 15a, 15b jeweils ein zweiter Filter zwischen den magnetisch gekoppelten Filterdrosseln 12a, 12b und dem Trennrelais 13 angeordnet ist. Im ersten Verbindungspfad 15a wird der zweite Filter durch eine zweite Filterdrossel 42a und einem zweiten Filterkondensator 46a gebildet. Im zweiten Verbindungspfad 15b wird der zweite Filter durch eine zweite Filterdrossel 42b und einem zweiten Filterkondensator 46b gebildet. Die zweiten Filterdrosseln 42a, 42b des ersten Verbindungspfads 15a und des zweiten Verbindungspfads 15b sind hier als nicht magnetisch gekoppelt gezeigt, sie können aber auch magnetisch miteinander gekoppelt sein. Durch die zusätzlichen Filter werden nicht netzfrequente Anteile des durch die Brückenschaltung 10 bereitgestellten Wechselstroms besonders wirksam unterdrückt. Die Verbindung der Filterkondensatoren 46a und 46b mit dem Mittelpunkt M kann insbesondere bei Verwendung der Brückenschaltung in dreiphasigen Wechselrichtern oder Gleichrichtern entfallen.
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Wie in 5 gezeigt, können, ausgehend von der Ausführung der Brückenschaltung 10 aus 3, die zweiten Filter mit den zweiten Filterdrosseln 42a, 42b und den zweiten Filterkondensatoren 46a, 46b in jedem der Verbindungspfade 15a, 15b auch mit dem die weitere Filterdrossel 32 und den weitere Filterkondensator 36 aufweisenden weiteren Filter problemlos kombiniert werden, um eine Filterwirkung der nicht netzfrequenten Anteile des bereitgestellten Wechselstroms weiter zu verstärken.
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Zusätzlich ist in 5 ein galvanische Trennebene 50 eingezeichnet, die hier beispielsweise ein Transformator ist, der im gemeinsamen Abschnitt des ersten Verbindungspfades und des zweiten Verbindungspfades angeordnet ist. Hierdurch entsteht die Möglichkeit, etwaige Sicherheitsanforderungen bezüglich der Trennung von einem angeschlossenen Netz zu erfüllen, ohne zwei serielle, unabhängig voneinander betätigbare Relaiskontakte des Trennrelais 13 in jedem der Verbindungspfade vorsehen zu müssen. Stattdessen genügt jeweils ein einzelner Relaiskontakt 14 in jedem der Verbindungspfade 15a, 15b. Anstelle einer AC-seitigen Anordnung der galvanischen Trennebene 50 kann auch eine DC-seitige Anordnung, beispielsweise durch einen der Brückenschaltung 10 vorgeschalteten, galvanisch trennenden DC/DC-Wandler (nicht gezeigt) die Sicherheitsanforderungen ohne serielle Relaiskontakte erfüllen. In gleicher Weise können auch die anderen Ausführungsformen durch Vorsehen einer galvanischen Trennebene 50 mit jeweils einem einzelnen Relaiskontakt in jedem der Verbindungspfade 15a, 15b sicherheitskonform gestaltet werden. Ein Beispiel, in dem eine galvanische Trennung zwischen Netz und Gleichspannungsanschlüssen regelmäßig auch bei geschlossenem Trennrelais gefordert wird, sind Gleichstromladevorrichtungen, beispielsweise für Elektrofahrzeuge. Hier genügt dann ein einzelner Relaiskontakt 14 in jedem der Verbindungspfade 15a, 15b zur Erfüllung der Sicherheitsanforderungen.
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6 zeigt eine Energiewandlungsanlage auf der Grundlage einer erfindungsgemäßen Brückenschaltung 10 zur einphasigen Einspeisung von Wechselstrom in ein an die Energiewandlungsanlage angeschlossenes Wechselspannungsnetz 61. Die Struktur der Brückenschaltung 10 entspricht der Ausführung wie in 1 gezeigt, sie kann aber auch entsprechend der anderen erfindungsgemäßen Ausführungen einer Brückenschaltung gestaltet sein. An dem Gleichspannungsanschlüssen DC+, DC- der Brückenschaltung 10 ist ein Generator 60 der Energiewandlungsanlage, insbesondere ein Photovoltaik-Generator, angeschlossen. Der Phasenanschluss der Brückenschaltung 10 ist mit dem Phasenleiter L des Wechselspannungsnetzes 61 verbunden. Der Neutralleiter N des Wechselspannungsnetzes ist, ebenfalls über zwei serielle Relaiskontakte des Trennrelais 13, mit dem Mittelpunkt M der Brückenschaltung 10 verbunden.
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Auch eine mehrphasige Einspeisung von Wechselstrom in ein Wechselspannungsnetz lässt sich mit Hilfe von Brückenschaltungen einfach realisieren, indem jeder Phase des Wechselspannungsnetzes eine erfindungsgemäße Brückenschaltung 10 zugeordnet ist und mit ihrem Phasenanschluss an dem jeweiligen Phasenleiter des Wechselspannungsnetzes angeschlossen ist. Die Gleichspannungsanschlüsse DC+, DC- werden üblicherweise parallel miteinander verbunden, wobei aber auch ein Anschluss getrennter Generatoren an die jeweiligen Brückenschaltungen denkbar ist.
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In 7a bis 7k sind in nicht abschließender Aufzählung und nicht priorisierender Reihenfolge denkbare Schalteranordnungen von Brücken gezeigt, wie sie in einer erfindungsgemäßen Brückenschaltung verwendbar sind.
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Die Schalteranordnung in 7a zeigt zwei parallel geschaltete sogenannte Flying Capacitor Halbbrücken, bei denen über einen innerhalb der Brücke angeordneten Kondensator neben den Potentialen der Gleichspannungsanschlüsse DC+, DC- ein drittes, um die Kondensatorspannung verschobenes Potential an den Brückenausgängen 18a, 18b unabhängig voreinander bereitgestellt werden kann.
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Es ist aber auch denkbar, wie in 7b gezeigt, zwei einfache Halbbrücken mit jeweils zwei Schaltern parallel zwischen den Gleichspannungsanschlüssen DC+, DC- anzuordnen und jeweils den Brückenausgang 18a, 18b der beiden Halbbrücken über einen der Verbindungspfade mit dem Phasenanschluss zu verbinden. Die Schalteranordnungen in 7a und 7b erfordern keinen geteilten Zwischenkreis und damit keinen Anschluss an einen Mittelpunkt desselben.
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Demgegenüber weisen die Schalteranordnungen von 7c bis 7k Anschlüsse an einem Mittelpunkt M des als geteilter Zwischenkreis gestalteten Zwischenkreises auf, so dass an den Brückenausgängen 18a, 18b mit den Potentialen der Gleichspannungsanschlüsse DC+, DC- und dem Mittelpunkt M mindestens drei verschiedene Potentiale getaktet bereitgestellt werden können.
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In 7c sind zwei parallel zueinander geschaltete sogenannte BSNPC-Brücken (Bipolar Switched Neutral Point Clamped) gezeigt, die ebenfalls eingesetzt werden können und ebenfalls eine Verbindung zu einem Mittelpunkt eines geteilten Zwischenkreises erfordern. Falls die mit den Gleichspannungsanschlüssen DC+, DC- verbundenen Schalter durch Dioden ersetzt werden, wie in 7d gezeigt, kann die Brückenschaltung immer noch als Gleichrichter zur Versorgung einer Gleichstromlast verwendet werden.
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In 7e sind zwei parallel zueinander geschaltete sogenannte NPC-Brücken (Neutral Point Clamped-Brücken) gezeigt, die ebenfalls eingesetzt werden kann und ebenfalls eine Verbindung zu einem Mittelpunkt eines geteilten Zwischenkreises erfordert.
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In 7f sind zwei parallel zueinander geschaltete sogenannte ANPC-Brücken (Active Neutral Point Clamped-Brücken) gezeigt, die ebenfalls eingesetzt werden kann und ebenfalls eine Verbindung zu einem Mittelpunkt eines geteilten Zwischenkreises erfordert. Der Kondensator 17 ist dabei optional und kann bei geändertem Taktverfahren auch wegfallen.
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In 7g ist eine weitere Brückenschaltung gezeigt, die ebenfalls eingesetzt werden kann und ebenfalls eine Verbindung zu einem Mittelpunkt eines geteilten Zwischenkreises erfordert. Falls die mit den Gleichspannungsanschlüssen DC+, DC- verbundenen Schalter durch Dioden ersetzt werden, wie in 7h gezeigt, kann die Brückenschaltung immer noch als Gleichrichter zur Versorgung einer Gleichstromlast verwendet werden. Auch hier ist der Kondensator 17 optional und kann bei geeignetem Taktverfahren auch wegfallen.
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In 7i, 7j und 7k sind drei weitere Brückenschaltungen gezeigt, die ebenfalls eingesetzt werden können und ebenfalls eine Verbindung zu einem Mittelpunkt eines geteilten Zwischenkreises erfordert. Im Gegensatz zu den Schaltungen aus 7a bis 7h können hier am Brückenausgang 18a und 18b jeweils fünf Potentiale bereitgestellt werden.
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Unabhängig von den in 7a bis 7k gezeigten Schaltertypen sind für die Brückenschaltung grundsätzlich an jeder Position wahlweise IGBT, MOSFET, beide bevorzugt als Silizium oder Siliziumkarbid-Schalter, HEMT oder GIT-Schalter, beide bevorzugt als Galliumnitrid-Schalter, verwendbar. Auch andere selbstsperrende Schaltertypen sind für die Verwendung innerhalb der Brücken denkbar.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Brückenschaltung
- 11
- Brücke
- 12a, 12b
- Filterdrossel
- 13
- Trennrelais
- 14, 14a, 14b
- Relaiskontakt
- 15a, 15b
- Verbindungspfad
- 16a, 16b, 16c
- Filterkondensator
- 17
- Zwischenkreiskondensator
- 18a, 18b
- Brückenausgang
- 32
- Filterdrossel
- 36
- Filterkondensator
- 42a, 42b
- Filterdrossel
- 46a, 46b
- Filterkondensator
- 50
- Galvanische Trennebene
- 60
- Generator
- 61
- Wechselspannungsnetz
- DC+, DC-
- Gleichspannungsanschluss
- M
- Mittelpunkt
- AC
- Phasenanschluss
- L
- Phasenleiter
- N
- Neutralleiter