Frequenzumrichter mit verkürzter Vorladezeit

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Frequenzumrich ter,

- wobei der Frequenzumrichter eingangsseitig einen Gleich richter und mindestens einen dem Gleichrichter nachgeordne- ten Stützkondensator aufweist,

- wobei der Gleichrichter mehrere Halbbrücken aufweist, über welche eine jeweilige eingangsseitige Phase des Gleichrich ters den Stützkondensator speist,

- wobei die Halbbrücken aktive Schaltelemente aufweisen, so dass der Gleichrichter als rückspeisefähiger Umrichter aus gebildet ist,

- wobei die eingangsseitigen Phasen des Gleichrichters über eine Vorschaltung mit netzseitigen Phasen eines mehrphasi gen Versorgungsnetzes verbunden sind,

- wobei die netzseitigen Phasen innerhalb der Vorschaltung über einen jeweiligen Phasenkondensator mit jeweils einer der eingangsseitigen Phasen verbunden sind.

Netzgespeiste Frequenzumrichter benötigen zwischen dem Ver sorgungsnetz und dem eingangsseitigen Gleichrichter des Fre quenzumrichters in der Regel sowohl eine Filterschaltung als auch eine Vorladeschaltung. Die Filterschaltung dient dazu, Netzrückwirkungen zu begrenzen. Die Vorladeschaltung wird nur beim Anschalten des Frequenzumrichters an das Versorgungsnetz benötigt. Sie dient dazu, den Vorladestrom, mit dem der

Stützkondensator aufgeladen wird, zu begrenzen. Sobald der Stützkondensator aufgeladen ist, kann die Strombegrenzung be endet werden. Zu diesem Zweck kann die Vorladeschaltung bei spielsweise mittels eines Relais überbrückt werden.

Eine einfache und weitverbreitete Vorladeschaltung besteht darin, in den Leitungen von den netzseitigen Phasen des Ver sorgungsnetzes zu den eingangsseitigen Phasen des Gleichrich ters jeweils einen Widerstand anzuordnen, der nach dem Vorla- den des Stützkondensators mittels eines Schaltkontakts eines Relais überbrückt wird. Diese Vorladeschaltung weist den Nachteil auf, dass beim Vorladen in den Widerständen hohe Verlustleistungen anfallen und damit eine deutliche Erwärmung der Widerstände auftritt. Insbesondere in Fällen, in denen die Kapazität des Stützkondensators groß ist, müssen auch die Widerstände voluminös ausgelegt werden. Alternativ können auch die Widerstandswerte relativ groß gewählt werden. In diesem Fall erhöht sich aber die zum Vorladen benötigte Zeit. Weiterhin ist ein wiederholtes Vorladen oftmals nur in be grenztem Umfang möglich, da die Widerstände relativ lange be nötigen, um sich wieder abzukühlen.

Es ist alternativ bekannt, zum Vorladen des Stützkondensators eigene Leistungshalbleiter zu verwenden. Diese Vorgehensweise ist jedoch schaltungstechnisch aufwendig und kostenintensiv.

Aus der EP 2 533 409 Al ist ein Frequenzumrichter der ein gangs genannten Art bekannt. Bei diesen Frequenzumrichter sind in den Leitungen, in denen die Phasenkondensatoren ange ordnet sind, zusätzlich Schalter angeordnet. Die Phasenkon densatoren dienen daher nicht der Filterung, sondern der Be grenzung des Ladestroms. Zusätzlich sind Filterkondensatoren vorhanden, die zwischen je zwei der netzseitigen bzw. ein gangsseitigen Phasen angeordnet sind.

Der aus der EP 2 533 409 Al bekannte Frequenzumrichter ist insofern gegenüber den Frequenzumrichtern des konventionellen Standes der Technik von Vorteil, weil beim Vorladen nur noch geringe Verlustleistungen auftreten. Jedoch ist das Gesamtvo lumen immer noch groß, weil sowohl die Vorladeschaltung als auch die Filterschaltung benötigt werden. Auch die Kosten sind dementsprechend immer noch hoch. Weiterhin wird zum Vor laden des Stützkondensators eine relativ große Zeit benötigt.

Aus dem Fachaufsatz „Control of Active Front-End Rectifier of the Solid-State Transformer with Improved Dynamic Performance during Recharging" von H. D. Tafti et al . , ist ein Frequenz- Umrichter bekannt, der eingangsseitig einen Gleichrichter und einen dem Gleichrichter nachgeordneten Stützkondensator auf weist. Der Gleichrichter weist Halbbrücken auf, über welche eingangsseitige Phasen des Gleichrichters den Stützkondensa tor speisen. Die Halbbrücken weisen aktive Schaltelemente auf, so dass der Gleichrichter als rückspeisefähiger Umrich ter ausgebildet ist. Die eingangsseitigen Phasen des Gleich richters sind über eine Vorschaltung mit den netzseitigen Phasen eines Versorgungsnetzes verbunden. Der Frequenzumrich ter weist eine Steuereinrichtung auf, welche ab Erreichen ei nes ersten Ladezustands des Stützkondensators die aktiven Schaltelemente ansteuert, so dass der Stützkondensator mit einer konstanten Laderate weiter geladen wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Frequenzumrichter der eingangs genannten Art derart auszuge stalten, dass das Vorladen in relativ kurzer Zeit erfolgen kann .

Die Aufgabe wird durch einen Frequenzumrichter mit den Merk malen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Frequenzumrichters sind Gegenstand der abhängigen Ansprü che 2 bis 5.

Erfindungsgemäß wird ein Frequenzumrichter der eingangs ge nannten Art dadurch ausgestaltet, dass der Frequenzumrichter eine Steuereinrichtung aufweist, welche ab Erreichen eines ersten Ladezustands des Stützkondensators die aktiven Schalt elemente derart ansteuert, dass über die aktiven Schaltele mente an die eingangsseitigen Phasen eingangsseitige Phasen spannungen angelegt werden, die gegenläufig zu denjenigen netzseitigen Phasenspannungen verlaufen, die an denjenigen netzseitigen Phasen anliegen, mit der die eingangsseitigen Phasen über die Phasenkondensatoren verbunden sind.

Dadurch können die wirksamen Potenzialdifferenzen auf den beiden Seiten der Phasenkondensatoren vergrößert werden, so dass die Phasenkondensatoren pro Periode der Netzspannung mehr Ladung auf den Stützkondensator fördern.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen,

- dass die netzseitigen Phasen innerhalb der Vorschaltung zu sätzlich über einen jeweiligen Schalter unmittelbar mit je weils einer anderen der eingangsseitigen Phasen verbunden sind, so dass die netzseitigen Phasen bei geschlossenen Schaltern mit den eingangsseitigen Phasen kurzgeschlossen sind und die Phasenkondensatoren jeweils zwei netzseitige Phasen bzw. zwei eingangsseitige Phasen miteinander verbin den, und

- dass die Steuereinrichtung die Schalter beim Vorladen des Stützkondensators geöffnet hält und bei Erreichen eines vorbestimmten zweiten Ladezustands des Stützkondensators, der während des Vorladens des Stützkondensators nach dem ersten Ladezustand angenommen wird, schließt.

Dadurch können auf einfache Weise ein und dieselben Kondensa toren - nämlich die Phasenkondensatoren - einerseits beim Vorladen die Strombegrenzung realisieren und andererseits beim Normalbetrieb als Filterkondensatoren der Stromfilterung wirken .

Das Vertauschen der miteinander verbundenen netzseitigen und eingangsseitigen Phasen stellt kein großes Problem dar. Ins besondere kann die Ansteuerung der aktiven Schaltelemente auf einfache Weise durch die Steuereinrichtung entsprechend ange passt werden. Denn es muss lediglich die Zuordnung der ein zelnen Steuersignale zu den aktiven Schaltelementen angepasst werden. Die Ansteuerung als solche kann unverändert erhalten bleiben .

Vorzugsweise ist in diesem Fall der Frequenzumrichter derart ausgebildet, dass die Steuereinrichtung bei Erreichen des vorbestimmten zweiten Ladezustands

- zunächst die aktiven Schaltelemente derart ansteuert, dass über die aktiven Schaltelemente an die eingangsseitigen Phasen eingangsseitige Phasenspannungen angelegt werden, die in Amplitude und Phase mit denjenigen netzseitigen Pha senspannungen korrespondieren, die an denjenigen netzseiti gen Phasen anliegen, mit denen die eingangsseitigen Phasen über die Phasenkondensatoren verbunden sind,

- sodann die aktiven Schaltelemente derart ansteuert, dass die über die aktiven Schaltelemente an die eingangsseitigen Phasen angelegten eingangsseitigen Phasenspannungen stetig in diejenigen netzseitigen Phasenspannungen überführt wer den, die an denjenigen netzseitigen Phasen anliegen, mit denen die eingangsseitigen Phasen über die Schalter verbun den sind, und

- die Schalter erst nach dem Überführen der eingangsseitigen Phasenspannungen in diejenigen netzseitigen Phasenspannun gen, die an denjenigen netzseitigen Phasen anliegen, mit denen die eingangsseitigen Phasen über die Schalter verbun den sind, schließt.

Dadurch ist es möglich, Stromspitzen und Spannungssprünge, die anderenfalls beim Schließen der Schalter auftreten könn ten, deutlich zu reduzieren.

Vorzugsweise weist die Vorladeschaltung in Leitungen zu den netzseitigen Phasen und/oder zu den eingangsseitigen Phasen hin Induktivitäten auf. Durch diese Ausgestaltung kann eine besonders einfache und effektive Filterung bewirkt werden.

Vorzugsweise sind die Induktivitäten derart in den Leitungen angeordnet, dass sie sowohl bei geöffneten als auch bei ge schlossenen Schaltern von den aus dem Versorgungsnetz einge speisten und/oder über die Halbbrücken fließenden Phasenströ men durchflossen werden. Dadurch gestaltet sich die Implemen tierung der Kombination der beiden Wirkungen der Phasenkon densatoren - nämlich einmal zur Filterung und einmal zur Strombegrenzung - besonders einfach und effektiv.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam- menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei- spiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden . Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:

FIG 1 einen Frequenzumrichter,

FIG 2 eine Netzanbindung, eine Vorschaltung und einen

eingangsseitigen Gleichrichter,

FIG 3 ein Ablaufdiagramm,

FIG 4 ein Zeitdiagramm und

FIG 5 ein weiteres Zeitdiagramm.

Gemäß FIG 1 weist ein Frequenzumrichter eingangsseitig einen Gleichrichter 1 auf. Dem Gleichrichter 1 ist ausgangsseitig eine weitere Einrichtung 2 nachgeordnet. Der Frequenzumrich ter weist weiterhin mindestens einen Stützkondensator 3 auf, der zwischen dem Gleichrichter 1 und der weiteren Einrichtung 2 angeordnet ist. Die weitere Einrichtung ist oftmals als Wechselrichter ausgebildet. In diesem Fall spricht man von einem Zwischenkreisumrichter. Die weitere Einrichtung kann aber auch andersartig ausgebildet sein, beispielsweise als Gleichspannungsverbraucher, als Gleichspannungsnetz, als Pho tovoltaikanlage oder als Energiespeicher.

Der Gleichrichter 1 weist eingangsseitig Phasen U, V, W auf, die über eine Vorschaltung 4 mit Phasen LI, L2, L3 eines Ver sorgungsnetzes 5 verbunden ist. Sowohl der Gleichrichter 1 als auch das Versorgungsnetz 5 sind somit mehrphasig, weisen also jeweils mehrere Phasen U, V, W bzw. LI, L2, L3 auf. Die Phasen U, V, W des Gleichrichters 1 werden nachfolgend zur sprachlichen Unterscheidung von den Phasen LI, L2, L3 des Versorgungsnetzes 5 als eingangsseitige Phasen U, V, W be zeichnet. Ebenso werden zur sprachlichen Unterscheidung von den eingangsseitigen Phasen U, V, W des Gleichrichters 1 die Phasen LI, L2, L3 des Versorgungsnetzes 5 als netzseitige Phasen LI, L2, L3 bezeichnet. Die Anzahl an eingangsseitigen Phasen U, V, W ist in der Re gel drei. Unabhängig von der Anzahl an eingangsseitigen Pha sen U, V, W ist die Anzahl an eingangsseitigen Phasen U, V, W jedoch gleich der Anzahl an netzseitigen Phasen LI, L2, L3.

Es ist möglich, dass die netzseitige Phase LI der netzseiti gen Phase L2 um 120° elektrisch voreilt und ebenso die netz seitige Phase L2 der netzseitigen Phase L3 um 120° elektrisch voreilt und die netzseitige Phase L3 der netzseitigen Phase LI um 120° elektrisch voreilt. Vorzugsweise ist es jedoch um gekehrt, dass also die netzseitige Phase LI der netzseitigen Phase L2 um 120° elektrisch nacheilt und ebenso die netzsei tige Phase L2 der netzseitigen Phase L3 um 120° elektrisch nacheilt und die netzseitige Phase L3 der netzseitigen Phase LI um 120° elektrisch nacheilt.

Der Gleichrichter 1 weist entsprechend der Darstellung in FIG 2 mehrere Halbbrücken 6 auf. Über jede der Halbbrücken 6 speist jeweils eine der eingangsseitigen Phasen U, V, W des Gleichrichters 1 den Stützkondensator 3. Die Halbbrücken 6 weisen entsprechend der Darstellung in FIG 2 Dioden 7 auf. Weiterhin weisen sie den Dioden 7 parallel geschaltete aktive Schaltelemente 8 auf. Die Schaltelemente 8 sind elektronische Halbleiterschalter, beispielsweise MOSFETs. Aufgrund der ak tiven Schaltelemente 8 ist der Gleichrichter 1 rückspeisefä hig. Sie werden über entsprechende Steuersignale CI bis C6 angesteuert. Es ist möglich, dass die Dioden 7 eigenständige Bauteile sind. Alternativ ist es möglich, dass die Dioden 7 integrierte Bestandteile der aktiven Schaltelemente 8 sind.

Die netzseitigen Phasen LI, L2, L3 sind entsprechend der Dar stellung in FIG 2 innerhalb der Vorschaltung 4 über einen je weiligen Kondensator 9 mit jeweils einer der eingangsseitigen Phasen U, V, W verbunden. Konkret ist über jeweils einen der Kondensatoren 9 die netzseitige Phase LI mit der eingangssei tigen Phase U verbunden, die netzseitige Phase L2 mit der eingangsseitigen Phase V und die netzseitige Phase L3 mit der eingangsseitigen Phase W. Es sind aber auch andere Ausgestal- tungen möglich. Insbesondere kann die Vorschaltung 4 auch so ausgebildet sein, wie dies in FIG 5 der EP 2 533 409 Al dar gestellt ist. Die Kondensatoren 9 werden nachfolgend zur sprachlichen Unterscheidung vom Stützkondensator 3 als Pha senkondensatoren 9 bezeichnet.

Weiterhin sind die netzseitigen Phasen LI, L2, L3 innerhalb der Vorschaltung 4 über einen jeweiligen Schalter 10 mit je weils einer der eingangsseitigen Phasen U, V, W verbunden. Vorzugsweise sind hierbei entsprechend der Darstellung in FIG 2 die netzseitigen Phasen LI, L2, L3 - bezogen auf die ein gangsseitigen Phasen U, V, W, mit denen die netzseitigen Pha sen LI, L2, L3 über die Phasenkondensatoren 9 verbunden sind

- über je einen der Schalter 10 mit je einer anderen der ein gangsseitigen Phasen U, V, W verbunden. Konkret ist über je weils einen der Schalter 10 die netzseitige Phase LI mit der eingangsseitigen Phase V verbunden, die netzseitige Phase L2 mit der eingangsseitigen Phase W und die netzseitige Phase L3 mit der eingangsseitigen Phase U. Die Verbindung der netzsei tigen Phase LI mit der eingangsseitigen Phase V, der netzsei tigen Phase L2 mit der eingangsseitigen Phase W und der netz seitigen Phase L3 mit der eingangsseitigen Phase U ist unmit telbar. Wenn die Schalter 10 geschlossen sind, sind die netz seitigen Phasen LI, L2, L3 mit den eingangsseitigen Phasen U, V, W also kurzgeschlossen. Die Phasenkondensatoren 9 verbin den im Falle der Ausgestaltung gemäß FIG 2 jeweils zwei netz seitige Phasen LI, L2, L3 bzw. zwei eingangsseitige Phasen U, V, W miteinander. Insbesondere werden vorzugsweise über je einen der Phasenkondensatoren 9 verbunden

- die netzseitige Phase LI und die eingangsseitige Phase V (die in diesem Fall über einen der Schalter 10 miteinander kurzgeschlossen sind) mit der netzseitigen Phase L2 und der eingangsseitigen Phase W (die in diesem Fall über einen an deren der Schalter 10 miteinander kurzgeschlossen sind) ,

- die netzseitige Phase LI und die eingangsseitige Phase V mit der netzseitigen Phase L3 und der eingangsseitigen Pha se U (die in diesem Fall ebenfalls über einen weiteren der Schalter 10 miteinander kurzgeschlossen sind) und - die netzseitige Phase L2 und die eingangsseitige Phase W mit der netzseitigen Phase L3 und der eingangsseitigen Pha se U .

Der Frequenzumrichter weist gemäß FIG 1 weiterhin eine Steu ereinrichtung 11 auf. Die Steuereinrichtung 11 generiert ins besondere die Steuersignale CI bis C6. Weiterhin hält die Steuereinrichtung 11 beim Vorladen des Stützkondensators 3 die Schalter 10 geöffnet. Dadurch wird der Stützkondensator 3 über die Phasenkondensatoren 9 langsam aufgeladen. Das Halten der Schalter 10 im geöffneten Zustand kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Relais 12, welches die Schalter 10 betätigt, von der Steuereinrichtung 11 nicht mit Strom beauf schlagt wird. Zu einem späteren Zeitpunkt schließt die Steu ereinrichtung 11 jedoch die Schalter 10. Ein entsprechendes Steuersignal beispielsweise für das Relais 12 ist in FIG 2 mit C0 bezeichnet. In diesem Zustand - also bei geschlossenen Schaltern 10 - erfolgt der Normalbetrieb des Frequenzumrich ters. Im Normalbetrieb wird von der Steuereinrichtung 11 ins besondere auch die weitere Einrichtung 2 angesteuert. Bei spielsweise kann entsprechend der Darstellung in FIG 1 über einen Wechselrichter eine Last 13 mit elektrischer Energie versorgt werden. Der genannte Zustand kann beispielsweise dadurch definiert sein, dass eine über dem Stützkondensator 3 abfallende Stützspannung UZK einen vorbestimmten Prozentsatz ihres Sollwertes erreicht hat, beispielsweise mindestens 90 o

In den FIG 1 und 2 - insbesondere in FIG 2 - ist auch eine Reihe von vorteilhaften Ausgestaltungen dargestellt. Insbe sondere kann die Vorschaltung 4 in Leitungen 14 zu den netz seitigen Phasen LI, L2, L3 hin Induktivitäten 15 aufweisen. Falls die Induktivitäten 15 vorhanden sind, sind sie in den Leitungen 14 vorzugsweise derart angeordnet, dass sie sowohl bei geöffneten als auch bei geschlossenen Schaltern 10 von den aus dem Versorgungsnetz 5 eingespeisten Phasenströmen II, 12, 13 (netzseitige Phasenströme II, 12, 13) durchflossen werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorschaltung 4 in den Leitungen 14 zu den eingangsseitigen Phasen U, V, W hin Induktivitäten 16 aufweisen. Falls die Induktivitäten 16 vor handen sind, sind sie in den Leitungen 14 vorzugsweise derart angeordnet, dass sie sowohl bei geöffneten als auch bei ge schlossenen Schaltern 10 von den über die Halbbrücken 6 flie ßenden Phasenströmen IU, IV, IW (eingangsseitige Phasenströme IU, IV, IW) durchflossen werden. Knotenpunkte 17, 18, an wel chen die Schalter 10 an die Leitungen 14 angeschlossen sind, sind also zwischen den Phasenkondensatoren 9 und den Indukti vitäten 15, 16 angeordnet.

Die Betriebsweise des Frequenzumrichters wird nachstehend in Verbindung mit FIG 3 erläutert. In diesem Zusammenhang werden weiterhin zwei weitere vorteilhafte Ausgestaltungen erläu tert. Diese Ausgestaltungen bauen aufeinander auf. Sie sind jedoch unabhängig davon realisierbar, ob in den Leitungen 14 Induktivitäten 15, 16 angeordnet sind oder nicht.

Zunächst wird die prinzipielle erfindungsgemäße Gestaltung erläutert .

Gemäß FIG 3 prüft die Steuereinrichtung 11 beim Anschalten des Gleichrichters 1 an das Versorgungsnetz 5 in einem

Schritt Sl, ob der Stützkondensator 3 einen Ladezustand ZI erreicht, nachfolgend als erster Ladezustand ZI bezeichnet. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 11 im Schritt Sl prü fen, ob die Stützspannung UZK einen geeigneten, vorbestimmten Wert erreicht oder überschreitet, beispielsweise einen Wert zwischen 30 % und 70 %, insbesondere 40 % bis 60 %, des Soll wertes der Stützspannung UZK.

Solange dies nicht der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 4 über einen Schritt S2 zum Schritt Sl zurück. Im Schritt S2 hält die Steuereinrichtung 11 sowohl die Schalter 10 offen als auch die aktiven Schaltelemente 8. Dies ist in FIG 3 dadurch angedeutet, dass keine Ausgabe (angedeutet durch das Zeichen der Steuersignale C0 bis C6 erfolgt. Wenn der Stützkondensator 3 den ersten Ladezustand ZI er reicht, steuert die Steuereinrichtung 11 in einem Schritt S3 die aktiven Schaltelemente 8 an. Die Ansteuerung ist derart, dass über die aktiven Schaltelemente 8, über welche die ein gangsseitige Phase U geschaltet wird, dem entsprechenden Pha senkondensator 9 eine eingangsseitige Phasenspannung UU zuge führt wird, welche gegenläufig (gegenphasig) zur netzseitigen Phasenspannung Ul verläuft. FIG 4 zeigt in ihrem linken Be reich den zugehörigen Verlauf der netzseitigen Phasenspannung Ul und der eingangsseitigen Phasenspannung UU als Funktion der Zeit t.

In analoger Weise steuert die Steuereinrichtung 11 die akti ven Schaltelemente 8, über welche die eingangsseitige Phase V geschaltet wird, derart an, dass dem entsprechenden Phasen kondensator 9 eine eingangsseitige Phasenspannung UV zuge führt wird, welche gegenläufig (gegenphasig) zur netzseitigen Phasenspannung U2 verläuft. Ebenso steuert die Steuereinrich tung 11 die aktiven Schaltelemente 8, über welche die ein gangsseitige Phase W geschaltet wird, derart an, dass dem entsprechenden Phasenkondensator 9 eine eingangsseitige Pha senspannung UW zugeführt wird, welche gegenläufig (gegenpha sig) zur netzseitigen Phasenspannung U3 verläuft. Dadurch liegt an den Phasenkondensatoren 9 eine relativ große Poten zialdifferenz an, so dass in den Leitungen 14 relativ große Phasenströme II, 12, 13, IU, IV, IW fließen. Der Stützkonden sator 3 wird dadurch schnell geladen. Da sich die netzseiti gen Phasenspannungen Ul, U2, U3 zeitlich ändern, ändern sich weiterhin auch die eingangsseitigen Phasenspannungen UU, UV, UW. Die Ansteuerung der aktiven Schaltelemente 8 muss diesen Bedingungen genügen. Die entsprechende Ermittlung der Ansteu erung der aktiven Schaltelemente 8 ist Fachleuten jedoch all gemein bekannt und muss daher nicht detailliert erläutert werden .

Während des Vorladens des Stützkondensators 3 wird - aber erst nach dem ersten Ladezustand ZI - ein zweiter Ladezustand Z2 angenommen. Der zweite Ladezustand Z2 kann, wie bereits erwähnt, beispielsweise dadurch definiert sein, dass die über dem Stützkondensator 3 abfallende Stützspannung UZK einen vorbestimmten Prozentsatz ihres Sollwertes erreicht hat, bei spielsweise mindestens 90 %. Die Steuereinrichtung 11 prüft daher in einem Schritt S4, ob der Stützkondensator 3 den zweiten Ladezustand Z2 erreicht. Solange dies nicht der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 4 zum Schritt S3 zurück.

Mit dem Erreichen des zweiten Ladezustandes Z2 ist das Grund prinzip der vorliegenden Erfindung abgeschlossen. Sofern der zweite Ladezustand Z2 entsprechend bestimmt ist - insbesonde re die über dem Stützkondensator 3 abfallende Stützspannung UZK einen hinreichend hohen Prozentsatz ihres Sollwertes er reicht hat - und die Vorschaltung 4 entsprechend ausgelegt ist, kann direkt zum Normalbetrieb (siehe später einen

Schritt S7) übergegangen werden. FIG 2 zeigt aber auch zwei vorteilhafte Ausgestaltungen. Diese werden nachfolgend in Kombination erläutert. Dies geschieht, weil die beiden Ausge staltungen aufeinander aufbauen. Insbesondere betreffen sie Maßnahmen, die kurz vor und unmittelbar vor dem Schließen der Schalter 10 ergriffen werden.

In diesem Fall entspricht der zweite Ladezustand Z2 nur einer Teilladung des Stützkondensators 3. Beispielsweise kann, wie bereits erwähnt, gefordert sein, dass die über dem Stützkon densator 3 abfallende Stützspannung UZK einen vorbestimmten Prozentsatz ihres Sollwertes erreicht hat, beispielsweise mindestens 90 %.

Im Rahmen dieser vorteilhaften Ausgestaltung schließt die Steuereinrichtung 11 den Schalter 10 noch nicht sofort, son dern geht zuvor zu einem Schritt S5 über. Im Schritt S5 steu ert die Steuereinrichtung 11 die aktiven Schaltelemente 8 für die Phase U derart an, dass über die zugehörigen aktiven Schaltelemente 8 an die eingangsseitige Phase U eine ein gangsseitige Phasenspannung UU angelegt wird, die in Amplitu de und Phase mit der netzseitigen Phasenspannung Ul korres pondiert. FIG 4 zeigt in ihrem rechten Bereich den zugehöri- gen Verlauf der Phasenspannung Ul und der Phasenspannung UU als Funktion der Zeit t. FIG 5 zeigt in ihrem linken Bereich ebenfalls den zugehörigen Verlauf der Phasenspannung Ul und der Phasenspannung UU als Funktion der Zeit t.

FIG 4 zeigt zugleich auch, auf welche Art und Weise das Um schalten von dem gegenläufigen Verlauf (linker Bereich) zum gleichphasigen Verlauf (rechter Bereich) erfolgt. Denn vor zugsweise erfolgt, so wie in FIG 4 dargestellt, das Umschal ten bei einem Nulldurchgang der Phasenspannungen Ul, UU.

In analoger Weise erfolgt im Schritt S5 auch das Umschalten der Phasenspannung UV der eingangsseitigen Phase V von einem zum Verlauf der Phasenspannung U2 gegenläufigen Verlauf zu einem zum Verlauf der Phasenspannung U2 gleichphasigen Ver lauf. Gleiches gilt für das Umschalten der Phasenspannung UW der eingangsseitigen Phase W von einem zum Verlauf der Pha senspannung U3 gegenläufigen Verlauf zu einem zum Verlauf der Phasenspannung U3 gleichphasigen Verlauf.

Sodann steuert die Steuereinrichtung 11 in einem Schritt S6 die aktiven Schaltelemente 8 für die Phase U derart an, dass über die zugehörigen aktiven Schaltelemente 8 an die ein gangsseitige Phase U eine eingangsseitige Phasenspannung UU angelegt wird, die in Amplitude und Phase mit der netzseiti gen Phasenspannung U3 korrespondiert. Hierbei erfolgt ent sprechend der Darstellung in FIG 5 ein stetiges Überführen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass ent sprechend der Darstellung in FIG 5 ab einem Zeitpunkt tl ein bestimmter Spannungswert der eingangsseitigen Phasenspannung UU konstant gehalten wird, bis die netzseitige Phasenspannung U3 zu einem Zeitpunkt t2 diesen bestimmten Spannungswert er reicht. Ab dem Erreichen des bestimmten Spannungswertes folgt die Phasenspannung UU sodann der netzseitigen Phasenspannung U3.

In analoger Weise erfolgt im Schritt S6 auch das Umschalten der Phasenspannung UV der eingangsseitigen Phase V von einem zum Verlauf der Phasenspannung U2 gleichphasigen Verlauf zu einem zum Verlauf der Phasenspannung Ul gleichphasigen Ver lauf. Gleiches gilt für das Umschalten der Phasenspannung UW der eingangsseitigen Phase W von einem zum Verlauf der Pha senspannung U3 gleichphasigen Verlauf zu einem zum Verlauf der Phasenspannung U2 gleichphasigen Verlauf.

Es ist möglich, die soeben erläuterte Überführung der Phasen spannungen UU, UV, UW gleichzeitig durchzuführen. Insbesonde re in diesem Fall zeigt sich der Vorteil, wenn die netzseiti ge Phase LI der netzseitigen Phase L2 um 120° elektrisch nacheilt und ebenso die netzseitige Phase L2 der netzseitigen Phase L3 um 120° elektrisch nacheilt und die netzseitige Pha se L3 der netzseitigen Phase LI um 120° elektrisch nacheilt. Denn dadurch muss die jeweilige eingangsseitige Phasenspan nung UU, UV, UW nur für ein Drittel einer Periode der netz seitigen Phasenspannungen Ul, U2, U3 auf einem konstanten Wert gehalten werden. Anderenfalls müssten die eingangsseiti gen Phasenspannungen UU, UV, UW für zwei Drittel einer Perio de der netzseitigen Phasenspannungen Ul, U2, U3 auf einem konstanten Wert gehalten werden.

Die einzelnen eingangsseitigen Phasen U, V, W sind über die entsprechenden Halbbrücken 6 unabhängig voneinander steuer bar. Es ist daher alternativ möglich, die soeben erläuterte Überführung der Phasenspannungen UU, UV, UW nacheinander durchzuführen. In diesem Fall ist es sogar möglich, eine di rekte, unmittelbare (abrupte) Umschaltung der eingangsseiti gen Phasenspannungen UU, UV, UW von einem mit einer der netz seitigen Phasenspannungen Ul, U2, U3 gleichphasigen Verlauf zu einem mit einer anderen der netzseitigen Phasenspannungen Ul, U2, U3 gleichphasigen Verlauf vorzunehmen, ohne einen Spannungssprung zu bewirken und damit die Umschaltung nach wie vor stetig durchzuführen. In diesem Fall muss jedoch bei spielsweise für die Phase U das Umschalten zu einem Zeitpunkt erfolgen, zu dem die netzseitigen Phasenspannungen Ul und U3 den gleichen Wert aufweisen. In analoger Weise muss in diesem Fall das Umschalten für die Phase V zu einem Zeitpunkt erfol- gen, zu dem die netzseitigen Phasenspannungen Ul und U2 den gleichen Wert aufweisen. Ebenso muss in diesem Fall das Um schalten für die Phase W zu einem Zeitpunkt erfolgen, zu dem die netzseitigen Phasenspannungen U2 und U3 den gleichen Wert aufweisen .

Nach der soeben erläuterten Überführung der Phasenspannungen UU, UV, UW schließt die Steuereinrichtung 11 in einem Schritt S7 die Schalter 10. Das Schließen der Schalter 10 sollte so bald wie möglich nach dem Zeitpunkt t2 erfolgen. Mit dem Schließen der Schalter 10 ist das Vorladen des Stützkondensa tors 3 und damit des Frequenzumrichters insgesamt abgeschlos sen. Es folgt der normale Betrieb, bei dem die weitere Ein richtung 2 in üblicher Weise betrieben wird. Zum Schließen der Schalter 10 kann die Steuereinrichtung 11 beispielsweise das Relais 12 derart ansteuern, dass die Schalter 10 ge schlossen werden.

Zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung somit fol genden Sachverhalt:

Ein Frequenzumrichter weist eingangsseitig einen Gleichrich ter 1 und mindestens einen dem Gleichrichter 1 nachgeordneten Stützkondensator 3 auf. Der Gleichrichter 1 weist mehrere Halbbrücken 6 auf, über welche eine jeweilige eingangsseitige Phase U, V, W des Gleichrichters 1 den Stützkondensator 3 speist. Die Halbbrücken 6 weisen aktive Schaltelemente 8 auf, so dass der Gleichrichter 1 als rückspeisefähiger Umrichter ausgebildet ist. Die eingangsseitigen Phasen U, V, W sind über eine Vorschaltung 4 mit netzseitigen Phasen LI, L2, L3 eines mehrphasigen Versorgungsnetzes 5 verbunden. Die netz seitigen Phasen LI, L2, L3 sind innerhalb der Vorschaltung 4 über einen jeweiligen Phasenkondensator 9 mit jeweils einer der eingangsseitigen Phasen U, V, W verbunden. Eine Steuer einrichtung 11 des Frequenzumrichters steuert ab Erreichen eines ersten Ladezustands ZI des Stützkondensators 3 die ak tiven Schaltelemente 8 derart an, dass über die aktiven

Schaltelemente 8 an die eingangsseitigen Phasen U, V, W ein- gangsseitige Phasenspannungen UU, UV, UW angelegt werden, die gegenläufig zu denjenigen netzseitigen Phasenspannungen Ul, U2, U3 verlaufen, die an denjenigen netzseitigen Phasen LI, L2, L3 anliegen, mit der die eingangsseitigen Phasen U, V, W über die Phasenkondensatoren 9 verbunden sind.

Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbeson dere ist ein schnelles und verlustarmes Vorladen des Stütz kondensators 3 möglich. Weiterhin vereinfacht sich die Vor schaltung 4 erheblich. Insbesondere können gegenüber dem Stand der Technik dort erforderliche Vorladewiderstände und Vorladekondensatoren eingespart werden. Der erfindungsgemäße Frequenzumrichter kann daher erheblich kostengünstiger als Frequenzumrichter des Standes der Technik realisiert werden. Insbesondere die Kosten der Vorschaltung 4 können gegenüber dem Stand der Technik um mehr als 50 % reduziert werden. Die für die Phasenkondensatoren 9 erforderlichen Kapazitätswerte können derart abgestimmt werden, dass sich sowohl eine schnelle Vorladung als auch eine gute Filterung ergeben.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .