Umrichterschaltung

BESCHREIBUNG

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Leistungselektronik. Sie geht aus von einer Umrichterschaltung, einer Umrichtereinheit und einem System mit einer solchen Umrichter- Schaltung gemäss dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Stand der Technik

In vielen Anwendungen vor allem im Industriebereich und in Traktionsanwendungen, so beispielsweise im Bahnbereich, findet ein Energieaustausch zwischen den angeschlossenen Verbrauchern und Erzeugern mittels Wechselspannung und Wechselstrom und Gleichspannung und Gleichstrom statt. Bei vielen Anwendungen wird dabei eine andere feste Frequenz oder auch eine variable Frequenz benötigt. Dabei wird sowohl Energie vom Energie- erzeuger zum Verbraucher als auch in umgekehrter Richtung geleitet, wofür heute Umrichterschaltungen eingesetzt werden. Eine Umrichterschaltung zur Umsetzung einer Wechselspannung in eine zweite Wechselspannung ist beispielsweise in der DE 198 27 872 angegeben. Darin umfasst die Umrichterschaltung einen eingangsseitigen Gleichrichter und ei- nen dem Gleichrichter ausgangsseitig nachgeschalteten kapazitiven Energiespeicherkreis und Wechselrichter., Der Wechselrichter ist ausgangsseitig mit der Primärseite eines Transformators verbunden. In Reihe zur Primär- bzw. Sekundärwicklung des Transformators liegt jeweils eine Kapazität. Weiterhin ist die Sekundärseite des Transformators mit ein weiteren Wechselrichter welchem eine weiterer kapazitiver Energiespeicherkreis nachgeschaltet ist, verbunden. Der Umrichter wird derart angesteuert, dass mittels der kapazitiven Energiespeicher, die zum Transformator in Reihe geschalteten Kapazitäten und die Streuinduktivität des Transformators ausgangsseitig an die kapazitiven Energiespeicher eine entsprechende Wechselspannung durch Takten der Gleichspannung am eingangseitigen Wechselrichter, erreicht wird.

Als problematisch zeigt sich bei einer vorstehend genannten Umrichterschaltung, dass es trotz des vorhandenen Resonanzschwingkreises weiterhin zu Schaltverlusten in den Leistungshalbleiterschaltern des Umrichters kommen kann, welche diese, insbesondere ther- misch, stark belasten. Dadurch altern die Leistungshalbleiterschalter entsprechend schnell und die Ausfallraten der Leistungshalbleiterschalter steigen mit der Betriebsdauer der Un- richterschaltung an. Eine hohe Verfügbarkeit der Umrichterschaltung, wie sie beispielsweise bei Traktionsanwendungen unabdingbar ist, ist dann nicht mehr gewährleistet.

Weitere Umrichterschaltungen sind beispielweise bekannt aus US 6 344 979, welche eine DC-DC Umrichterschaltung mit einem mit der Primärwicklung des Transformators verbundenen LLC Zwischenresonanzschaltkreis offenbart. Darin ist die Resonanzkapazität seriell mit der ersten Resonanzinduktivität verbunden und die erste Resonanzinduktivität mit einem ersten Ende der Primärwicklung des Transformators verbunden. Die zweite Resonanzinduk- tivität ist parallel zur Primärwicklung des Transformators geschaltet, das heisst sie ist zum einen mit dem ersten Ende der Primärwicklung und der ersten Resonanzkapazität verbunden und zum anderen ist sie mit dem zweiten Ende der Primärwicklung des Trafos verbunden.

DE10 2005 036 806 zeigt eine Schaltung für eine Schweissstromquelle mit parallel angeordneten Resonanzkonvertern, die über jeweils einen Transformator mit einem Lastkreis verbunden sind. Die Sekundärseiten der Transformatoren sind in Reihe geschaltet. Die einzelnen Resonanzkreise werden durch eine Kapazität und eine Induktivität in Serie mit der Primärseite des Trafos und einer Kapazität in parallel mit der Sekundärseite der Trafos gebildet.

DE102 04 219 offenbart ein Strom richtersystem mit mehreren Teilrichtersystemen zur Spei- sung einer Last. Jedes Teilrichtersystem weist einen Transformator auf, welcher einganssei- tig direkt mit einem Mittelfrequenz-Gleichspannungswechselrichter verbunden ist.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine verbesserte Umrichterschaltung anzugeben, welche geringe Schaltverluste aufweist und ein weicheres Schalten, ein so genanntes „soft switching" ermöglicht. Eine weitere Aufgabe ist es, eine Einheit mit Umrichterschaltungen und ein System mit Umrichterschaltungen anzugeben, welches sich besonders einfach realisieren lässt. Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des Ansprüche 1 , 7 bzw. durch den Anspruch 10 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Die erfindungsgemässe Umrichterschaltung umfasst einen ersten Energiespeicherkreis, einen Resonanzumrichter, einen Transformator, einen zweiten Resonanzumrichter, einen zweiten Energiespeicherkreis und einem Lastumrichter. Der zweite Resonanzumrichter ist eingangsseitig mit der Sekundärwicklung des Transformators verbunden ist, und eine mit dem ersten Resonanzumrichter und mit der Primärwicklung des Transformators verbundene CLL-Resonanzschaltung, welche CLL-Resonanzschaltung eine Resonanzkapazität, eine erste und eine zweite Resonanzinduktivität aufweist. Erfindungsgemäss ist die Resonanz- kapazität seriell mit der ersten Resonanzinduktivität verbunden, wobei die erste Resonanzinduktivität mit einem ersten Verbindungspunkt der Primärwicklung des Transformators verbunden ist. Ferner ist die Resonanzkapazität mit dem ersten Resonanzumrichter verbunden und die zweite Resonanzinduktivität ist mit dem Verbindungspunkt der Resonanzkapazität mit der ersten Resonanzinduktivität verbunden, wobei die zweite Resonanzinduktivität mit einem zweiten Verbindungspunkt der Primärwicklung des Transformators verbunden ist und der zweite Verbindungspunkt der Primärwicklung des Transformators mit einem Verbindungspunkt des ersten Energiespeicherkreises verbunden ist. Die CLL-Resonanzschaltung ist demnach als „T"-Schaltung ausgebildet. Mittels der CLL-Resonanzschaltung, die durch den ersten Resonanzumrichter derart angesteuert wird, dass sie mit ihrer Resonanzfrequenz schwingt, ist es neben dem stromlosen Ein- und Ausschalten der vorzugsweise verwendeten ansteuerbaren bidirektionalen Leis- tungshalbleiterschalter des ersten Resonanzumrichters zudem möglich, die ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter des ersten Resonanzumrichters auch spannungslos ein- und auszuschalten. Dadurch können die Schaltverluste der ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter des ersten Resonanzumrichters weiter reduziert werden und eine verlustarme Umsetzung einer am Eingang des ersten Energiespeicherkreises an- liegenden ersten Gleichspannung in eine am Ausgang des zweiten Energiespeicherkreises anliegende zweite Gleichspannung ist vorteilhaft möglich. Durch die Verringerung der Schaltverluste verlängert sich die Lebensdauer der ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter entsprechend und die Ausfallraten der Umrichterschaltung können gering gehalten werden, so dass sich vorteilhaft eine hohe Verfügbarkeit der Umrichter- Schaltung ergibt.

Das erfindungsgemässe Umrichtersystem bzw. die erfindungsgemässe Umrichtereinheit weisen mindestens zwei der vorstehend genannten erfindungsgemässen Umrichterschaltungen auf, wobei die der Umrichterschaltungen eingansseitig parallel oder seriell oder se- riell und parallel miteinander verbunden sind. Das System ist demnach denkbar einfach aufgebaut, wobei mittels der eingansseitigen Parallelschaltung der ersten Energiespeicherkreise vorteilhaft ein grosser Eingangsgleichstrom möglich ist und damit eine erhöhte elektrische Energie übertragen werden kann. Die eingansseitige Serienschaltung der ersten Energiespeicherkreise wiederum ermöglicht eine hohe Eingangsgleichspannung und damit ebenfalls die Übertragung grosser elektrischer Energie.

Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Umrichterschaltung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Umrichterschaltung,

Fig. 3 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Umrichtersystems mit

Umrichterschaltungen gemäss Fig. 2,

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemässen Umrichtersystems mit Umrichterschaltungen gemäss Fig. 2,

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Umrichtersystems mit Umrichterschaltungen gemäss Fig. 2,

Fig. 6 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Umrichtersystems mit Umrichterschaltungen gemäss Fig. 2 und

Fig. 7 eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Umrichtersystems mit Umrichterschaltungen gemäss Fig. 2.

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

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen bezieht sich jeweils auf eine Lastflussrichtung die von der Primärseite N1 des Transformators 1 zu dessen Sekundärseite N2 verläuft. Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Umrichterschal- tung . Darin umfasst die Umrichterschaltung einen ersten Resonanzumrichter RU1 welcher eingangsseitig mit einem vorgeschalteten ersten Energiespeicherkreis E1 und ausgangs- seitig mit einer , CLL-Resonanzschaltung 2 und der Primärwicklung N1 des Transformators 1 verbunden ist. Die Sekundärwicklung N2 des Transformators 1 ist mit der Eingangsseite des zweiten Resonanzumrichters RU1 verbunden. Der zweite Energiespeicherkreis E2 ist eingangsseitig mit der Ausgangsseite des zweiten Resonanzumrichters RU1 und ausgangs- seitig mit dem Lastumrichter LR verbunden. Der erste Energiespeicherkreis E1 ist aus zwei in Reihe geschalteten Kapazitäten C1 und C2 gebildet, deren gemeinsamer Verbindungspunkt F mit der Primärwicklung N1 des Transformators 1 verbunden ist. Der zweite Energie- speicherkreis E2 ist ebenfalls aus zwei in Reihe geschalteten Kapazitäten C3 und C4 gebildet, deren gemeinsamer Verbindungspunkt G mit der Sekundärwicklung N2 des Transformators 1 verbunden ist. Der erste Resonanzumrichter RU1 kann wie in der Ausführungsform nach Fig. 1 gezeigt, als 3 Niveau-Umrichter in Halbbrückenkonfiguration, oder auch in einfacher Halbrückenkonfiguration, in einfacher Vollbrückenkonfiguration, in 3 Niveau- Vollbrückenkonfiguration, aber auch in jeder denkbaren und dem Fachmann bekannten anderen Ausführungsform ausgebildet sein. In der dem ersten Resonanzumrichter RU1 entsprechenden Weise kann der zweite Resonanzumrichter RU2 ausgebildet sein. Der Lastumrichter LR kann, in Ausführungsform nach Fig. 1 nicht explizit dargestellt, in jeder denkbaren und dem Fachmann bekannten Ausführungsform ausgebildet sein. Die CLL- Resonanzschaltung 2 ist mit dem ersten Resonanzumrichter RU1 und mit der Primärwicklung N1 des Transformators 1 verbundenen, , wobei die CLL-Resonanzschaltung 2 eine Resonanzkapazität C, eine erste und eine zweite Resonanzinduktivität L1 , L2 aufweist.

Erfindungsgemäss ist nun die Resonanzkapazität C seriell mit der ersten Resonanzinduktivi- tat L1 verbunden, wobei die erste Resonanzinduktivität L1 mit einem ersten Verbindungspunkt A der Primärwicklung N1 des Transformators 1 verbunden ist und die Resonanzkapazität C mit der Ausgangsseite des Resonanzumrichters 1 verbunden ist. Die zweite Resonanzinduktivität L2 ist mit dem Verbindungspunkt der Resonanzkapazität C mit der ersten Resonanzinduktivität L1 verbunden, wobei die zweite Resonanzinduktivität L2 mit einem zweiten Verbindungspunkt B der Primärwicklung N1 des Transformators 1 verbunden ist. Der zweite Verbindungspunkt B der Primärwicklung N1 des Transformators 1 ist mit dem Verbindungspunkt F des kapazitiven Energiespeicherkreises E1 verbunden . Die CLL- Resonanzschaltung 2 wird durch den ersten Resonanzumrichter RU 1 vorzugsweise derart angesteuert, dass die CLL-Resonanzschaltung 2 mit ihrer Resonanzfrequenz schwingt. Dadurch ist es neben dem stromlosen Ein- und Ausschalten der vorzugsweise verwendeten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter des ersten Resonanzumrichters RU1 zudem möglich, die ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter des ers- ten Resonanzumrichters RU1 auch spannungslos ein- und auszuschalten. Die Schaltverluste der ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter des ersten Resonanzumrichters RU1 können damit weiter reduziert werden und eine verlustarme Umsetzung einer am Eingang des ersten Energiespeicherkreises El anliegenden ersten Gleichspannung in eine am Ausgang des zweiten Energiespeicherkreises E2anliegende zweite Gleichspan- nung ist vorteilhaft möglich. Durch die Verringerung der Schaltverluste verlängert sich die Lebensdauer der ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter entsprechend und die Ausfallraten der Umrichterschaltung können gering gehalten werden, so dass sich vorteilhaft eine hohe Verfügbarkeit der Umrichterschaltung ergibt. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter des ersten Resonanzumrichters RU1 im Betrieb mit einer Schaltfrequenz schalten, die der Resonanzfrequenz der CLL-Resonanzschaltung 2 entspricht, da dann beim stromlosen Ein- und Ausschalten der ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter und beim spannungslosen Ein- und Ausschalten der ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter besonders geringe Schaltverluste auftreten. Ist die Schaltfrequenz der ansteuer- baren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter höher als die Resonanzfrequenz, so können die durch die Schaltvorgänge der ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter generierten Schwingungen sowohl an der Eingangsseite der Umrichterschaltung, d.h. am Eingang des ersten Energiespeicherkreises E1 , als auch an der Ausgangsseite der Umrichterschaltung, d.h. am Ausgang des zweiten Energiespeicherkreises E2, in erwünsch- tem Masse gering gehalten werden, wobei die Schaltverluste der ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter dabei nach wie vor gering sind.

Gemäss Fig. 1 ist der erste Resonanzumrichter RU 1 mit der ersten Energiespeichereinheit E1 in Konfiguration einer Halbbrücke ausgebildet, bei der der Resonanzumrichter RU1 ei- nen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten ansteuerbaren bidirektionalen

Leistungshalbleiterschalter S1 , S2, S3, S4 aufweist, wobei die ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter S1 , S2, S3, S4 seriell geschaltet sind. Eine Kapazität Cf des ersten Resonanzumrichters RU1 ist parallel zu den beiden Leistungshalbleiterschaltern S2 und S3 geschaltet und ist dadurch mit dem Verbindungspunkt welcher zum einen von den Leistungshalbleiterschaltern S1 und S2 gebildet wird und welcher zum anderen von den Leistungshalbleiterschaltern S3 und S4 gebildet wird, verbunden. Die Kapazität Cf bewirkt mit Vorteil eine Stabilisierung der Spannung an den ansteuerbaren bidirektionalen Leistungs- halbleiterschalter S1 , S2, S3, S4, welche insbesondere der Hälfte der über dem ersten und zweiten kapazitiven Energiespeicher C1 , C2 anliegenden Spannung entspricht. Die Kapazität C1 des ersten kapazitiven Energiespeicher E1 ist mit dem ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter S1 verbunden und die zweite Kapazität C2 des ersten kapazitiven Energiespeicher E1 ist mit dem vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leis- tungshalbleiterschalter S4 verbunden.

Verfahrensmässig wird bei der Umrichterschaltung gemäss Fig. 1 der erste, zweite, dritte vierte ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter S1 , S2, S3, S4 jeweils mittels eines Ansteuersignals angesteuert, wobei das Ansteuersignal nach Art einer Pulsweitenmo- dulation erzeugt wird. Die Schaltfrequenz der ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter S1 , S2, S3, S4 wird durch das Ansteuersignal bestimmt. Um die vorstehend bereits genannten Vorteile zu erreichen, ist das Ansteuersignal für den ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter S1 in Phase bezüglich des Trägersignals der Pulsweitenmodulation. Im Gegensatz dazu ist das Ansteuersignal für den zweiten ansteuer- baren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter S2 gegenphasig bezüglich des Trägersignals der Pulsweitenmodulation. Besonders vorteilhaft wird der Aussteuergrad des Ansteuersignals des ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalters S1 und der Aussteuergrad des Ansteuersignals des zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalters S2 jeweils in der Grössenordnung 25% oder 75% gewählt. Als Ansteuer- signal für den dritten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter S3 wird dann das komplementäre Ansteuersignal für den zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter S2 gewählt und als Ansteuersignal für den vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter S2 wird das komplementäre Ansteuersignal für den zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter S3 gewählt.

Fig. 2 zeigt ebenfalls eine Umrichterschaltung wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, mit dem Unterschied, dass der erste Energiespeicherkreis E1 eingangsseitig mit einem Netzumrichter NU verbunden ist. Der Netzumrichter kann wie in der Ausführungsform nach Fig. 2 gezeigt, als einfache Vollbrückenkonfiguration, aber auch in jeder denkbaren und dem Fachmann bekannten anderen Ausführungsform ausgebildet sein. Der abgebildete Netzumrichter NU weist einen fünften, einen sechsten, einen siebten und eine achten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter S5, S6, S7, S8 auf, wobei jeweils die ansteuerbaren bidi- rektionalen Leistungshalbleiterschalter S5 und S7 miteinander und die ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter S6 und S8 miteinander seriell geschaltet sind. Die beiden seriell miteinander verbundenen Paare von Leistungshalbleiterschalter S6, S8 und S5, S7 sind wiederum zueinander parallel geschaltet. Damit wird ein gemeinsamer Verbindungspunkte zwischen den Leistungshalbleiterschalter S5 und S7 sowie ein gemeinsamer Verbindungspunkt zwischen den Leistungshalbleiterschaltern S7 und S8 gebildet. Der Verbindungspunkt der Leistungshalbleiterschalter S6 und S8 ist über eine Induktivität L3 ein- gangsseitig mit einem Verbindungspunkt gebildet aus Erdpotential und einen Schalter T 4 verbunden. Der Verbindungspunkt der Leistungshalbleiterschalter S7 und S8 ist ausgangs- seitig über den Schalter T4 mit der Eingangsseite des ersten Energiespeicherkreises E1 verbunden. Weiterhin ist der Verbindungspunkt der Leistungshalbleiterschalter S5 und S7 über eine Induktivität L4 eingangsseitig mit einem Verbindungspunkt gebildet aus dem elektrischem Versorgungsnetz (3) und dem Schalter T1 verbunden. Der Verbindungspunkt der Leistungshalbleiterschalter S5 und S6 ist ausgangsseitig über den Schalter T1 mit der ersten Kapazität C1 auf der Eingangsseite des ersten Energiespeicherkreises E1 verbunden. Mittels der Schalter T1 und T4 kann der Netzumrichter NU in der Umrichterschaltung zu- oder abgeschaltet werden.

Verfahrensmässig wird bei der Umrichterschaltung gemäss Fig. 2 der erste, zweite, dritte vierte ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter S1 , S2, S3, S4 jeweils mittels eines Ansteuersignals angesteuert, wobei das Ansteuersignal nach Art einer Pulsweitenmodulation erzeugt wird. Um die vorstehend bereits genannten Vorteile zu erreichen, ist das Ansteuersignal für den ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter S1 in Phase bezüglich des Trägersignals der Pulsweitenmodulation. Im Gegensatz dazu ist das Ansteuersignal für den vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter S4 gegenphasig bezüglich des Trägersignals der Pulsweitenmodulation. Besonders vorteilhaft wird der Aussteuergrad des Ansteuersignals des ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalters S1 und der Aussteuergrad des Ansteuersignals des vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalters S4 jeweils in der Grössenordnung 25% oder 75% gewählt. Als Ansteuersignal für den zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter S2 wird dann das komplementäre Ansteuersignal für den ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter S1 gewählt und als Ansteuersignal für den dritten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter S3 wird das kom- plementäre Ansteuersignal für den vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter S4 gewählt.

Denkbar ist es, dass allgemein die zweite Resonanzinduktivität L2 im Transformator 1 integriert ist. Denkbar ist aber auch, dass allgemein die erste Resonanzinduktivität L1 entweder zusätzlich oder alleine im Transformator 1 integriert ist. Durch diese Massnahmen kann

Platz eingespart werden und Fertigung der Umrichterschaltung, insbesondere die Montage, vereinfacht sich.

Vorzugsweise ist der erste, zweite, dritte und vierte ansteuerbare bidirektionale Leistungs- halbleiterschalter S1 , S2, S3, S4 jeweils als ein integrierter über die Ansteuerelektrode kom- mutierter Thyristor (IGCT - Integrated Gate-Commutated Thyristor) mit einer zugehörigen parallel geschalteten Diode. Ein solcher Thyristor weist besonders geringe Wirkleistungsverluste bei gleichzeitig hoher Robustheit, vor allem bei hohen Spannungen und insbesondere bei Überspannungen, auf. Es ist aber auch denkbar, den ersten, zweiten, dritten und vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter S1 , S2, S3, S4 jeweils als einen Bipolartransistor mit isoliert angeordneter Ansteuerelektrode (IGBT - Insulated Gate Bipolartransistor) mit einer zugehörigen parallel geschalteten Diode auszubilden. Ein solcher Transistor zeichnet sich durch eine hohe Schaltfrequenz und damit durch geringe Schwingungen im Strom und in der Spannung aus.

Die erfindungsgemässe Umrichtereinheit weist allgemein mindestens zwei der vorstehend genannten erfindungsgemässen Umrichterschaltungen auf, wobei die ersten Energiespeicher E1 der Umrichterschaltungen eingangsseitig parallel oder seriell miteinander verbunden sind. Die Einheit ist damit denkbar einfach aufgebaut, wobei mittels der eingangsseiti- gen Parallelschaltung der ersten Energiespeicher E1 vorteilhaft ein grosser Eingangsgleichstrom möglich ist und somit eine erhöhte elektrische Energie übertragen werden kann. Die eingangsseitige Serienschaltung der ersten Energiespeicher E1 wiederum ermöglicht eine hohe Eingangsgleichspannung und damit ebenfalls die Übertragung grosser elektrischer Energie. Weiterhin ist es ebenfalls möglich, zwei oder mehrere Umrichtereinheiten, welche eingangseitig die Parallelschaltung von ersten Energiespeichern E1 aufweisen in Serie zu einander zu schalten. Damit ergeben sich damit die Vorteile aus der Serien- und der Parallelschaltung, nämlich die Übertragung des grossen Eingangsgleichstromes und das Ermög- liehen hoher Eingangsgleichspannungen.

Das erfindungsgemässe Umrichtersystem wie in Fig. 3 dargestellt, weist allgemein mindestens zwei der vorher stehend genannten Umrichterschaltungen mit jeweils eingangsseitig verbunden Netzumrichtern NU auf. Die Netzumrichter NU des Umrichtersystems sind eingangsseitig seriell miteinander verbunden sind. Das Umrichtersystem ermöglicht damit ein- gangsseitig vorteilhaft einen grossen Eingangsspannung und somit die Übertragung einer erhöhten elektrischen Energie. Weiterhin ist es auch möglich statt der auf Eingangsseite seriell miteinander verbunden Netzumrichter NU diese parallel eingangsseitig miteinander zu verschalten. Dadurch wird es dem Umrichtersystem eingangsseitig ermöglicht, einen grossen Eingangsstrom zu verarbeiten und ebenfalls die Übertragung einer erhöhten elektri- sehen Energie zu erreichen. Wie das Fig. 4 dargestellte Umrichtersystem, ist auch eine

Kombination aus serieller und paralleler eingangsseitiger Verschaltung von Umrichterschaltungen mit Netzumrichter NU möglich. Wie gezeigt, könne zwei Netzumrichter NU des Umrichtersystems, die eingangsseitig seriell miteinander verschaltet sind, eingangsseitig parallel zu zwei weitern ihrerseits seriell miteinander verschalteten Netzumrichtern NU geschaltet werden.

Fig. 5 zeigt das in Fig. 4 dargestellte erfindungsgemässe Umrichtersystem, welches sich die Vorteile aus sowohl seriell als auch parallel geschalteten Umrichterschaltungen mit jeweils eingangsseitig verbundenen Netzumrichter NU zu eigen macht und zusätzlich Schalter n , T2, T3 aufweist. Mit den Schaltern T1 , T2, T3 sind die Netzumrichter NU des Umrichtersystems in denkbarer Weise zu- und abschaltbar sind. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich bei einem Wechsel von einem elektrischen Versorgungsnetz welches beispielsweise eine Wechselspannung oder einen Wechselstrom in den Netzumrichter NU des Umrichtersystems einspeist auf ein anderes elektrisches Versorgungsnetz welches beispielsweise einen Gleichstrom, bzw. eine Gleichspannung liefert, zu wechseln und diese Gleichspannung bzw. diesen Gleichstrom mittels Betätigen der Schalter T1 , T2, T3 direkt auf die Eingangsseite der ersten Energiespeicherkreise E1 zu legen. Fig. 6 zeigt ein ähnliches Umrichtersystem wie schon in Fig. 5 dargestellt, mit dem Unterschied, das mit dem Schalten der vier Netzumrichter NU durch Betätigen der Schalter T1 , T2, T3 das elektrische Versorgungsnetz (3) von den Netzumrichtern NU direkt auf den Eingang der ersten Energiespeicherkreise E1 des Umrichtersystems schaltbar ist und wobei dann alle vier Umrichterschaltungen an der Eingangsseite der ersten Energiespeicherkreise E1 zueinander parallel geschaltet sind. Das in Fig.6 dargestellte Umrichtersystem ermöglicht in vorteilhafter Weise die Verarbeitung eines grossen Eingangsgleichspannungsstromes welcher an den ersten Energiespeicherkreisen E1 anliegt.

Fig. 7 zeigt ein erfindungsgemässes netzseitig dreiphasig ausgelegtes Umrichtersystem, bei welchem jeweils zwei der sechs dargestellten Umrichterschaltungen mit zugehörigem Netzumrichter NU in Serie geschaltet sind und jeweils mit einer Phase U, V, W des elektrischen Versorgungsnetzes (3) verbindbar sind. Somit lässt sich das Umrichtersystem vorteilhaft an ein dreiphasiges Versorgungsnetz anbinden und das Umrichtersystem ermöglicht auf Grund der seriell zueinander geschalteten Umrichterschaltungen hohe Eingangspannungen.

Weiterhin ist es sowohl bei der erfindungsgemässen Umrichtereinheit als auch bei dem er- findungsgemässen Umrichtersystem allgemein möglich, dass die Lastumrichter LR der Umrichtereinheiten ider der Umrichtersysteme ausgangsseitig parallel oder seriell miteinander verbunden sind. Mittels der ausgangsseitigen Parallelschaltung der Lastumrichter LR ist vorteilhaft ein grosser Ausgangsgleichstrom möglich. Die ausgangsseitige Serienschaltung der Lastumrichter LR wiederum ermöglicht eine hohe Ausgangsgleichspannung. Die Netzumrichter NU in den erfindungsgemässen Umrichterschaltungen, Umrichtereinheiten und Umrichtersystemen können als AC/DC und/oder als DC/DC Wandler ausgeführt sein. Bezugszeichenliste

A, B, F, G Verbindungspunkt

C Resonanzkapazität

C1.... C4 kapazitiver Energiespeicher

E1 , E2 Energiespeicherkreis

NU Netzumrichter

L1 , L2 Resonanzinduktivität

L3, L4 Induktivität im Netzumrichter

LR Lastumrichter

N1 Primärwicklung

N2 Sekundärwicklung

RU 1 , RU2 Resonanzumrichter

T1....T4 Mittel zum Schalten; Schaltmittel

S1....S8 Leistungshalbleiterschalter

1 Transformator

CLL-Resonanzschaltung

3 elektrisches Versorgungsnetz