Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen transformatorlosen Stromrichter mit einem Dreiphasen- Wechselstromein- und -ausgang, einer ersten Stromrichterstufe mit einem ersten Ein- und Ausgang und einem zweiten Ein- und Ausgang, einem Zwischenkreis, einer zweiten Stromrichterstufe mit einem ersten Ein- und Ausgang und einem zweiten Ein- und Ausgang und einem Gleichstromein- und -ausgang, wobei der ersten Ein- und Ausgang der ersten Stromrichterstufe mit dem Dreiphasen-Wechselstromein- und - ausgang und der zweiten Ein- und Ausgang der ersten Stromrichterstufe mit dem Zwischenkreis elektrisch verbunden ist, wobei der erste Ein- und Ausgang der zweiten Stromrichterstufe mit dem Zwischenkreis und der zweite Ein- und Ausgang der zweiten Stromrichterstufe mit dem Gleichstromein- und -ausgang elektrisch verbunden ist, wobei die erste Stromrichterstufe eine gesteuerte Sechspuls- Brückenschaltung aus in Halbbrücken angeordneten steuerbaren Stromrichterventilen ist, wobei der Zwischenkreis eine Kondensator-Halbbrücke, d.h. einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator aufweist, wobei der erste Kondensator einerseits mit einem ersten Anschluss des zweiten Ein- und Ausgangs der ersten Stromrichterstufe und einem ersten Anschluss des ersten Ein- und Ausgangs der zweiten Stromrichterstufe und andererseits mit dem zweiten Kondensator verbunden ist, wobei der zweite Kondensator einerseits mit einem zweiten Anschluss des zweiten Ein- und Ausgangs der ersten Stromrichterstufe und einem zweiten Anschluss des ersten Ein- und Ausgangs der zweiten Stromrichterstufe und andererseits mit dem ersten Kondensator verbunden ist, wobei der Verbindungspunkt zwischen dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator mit einem Neutralleiteranschluss des Dreiphasen-Wechselstromein- und -ausgangs verbunden ist.

Die Erfindung betrifft ferner - ein Verfahren zum Gleichrichten von zweiphasigem Strom aus einer Zweiphasen-Wechselstromquelle mit dem transformatorlosen Stromrichter, wobei der Stromrichter über einen zweiten Außenleiter und einen dritten Außenleiteranschluss des Dreiphasen-Wechselstromein- und -ausgangs mit der Zweiphasen-Wechselstromquelle verbunden ist und

- ein Verfahren zum Gleichrichten von einphasigem Strom aus einer Einphasen- Wechselstromquelle mit dem transformatorlosen Stromrichter, wobei der Stromrichter über einen dritten Außenleiteranschluss des Dreiphasen- Wechselstromein- und -ausgangs mit der Einphasen-Wechselstromquelle verbunden ist.

Mit der ersten Stromrichterstufe des transformatorlosen Stromrichters wird aus einem ein-, einem zwei- oder einem dreiphasigen Strom eine Gleichspannung erzeugt, die über den Zwischenkreis der zweiten Stromrichterstufe zugeführt wird. Mit der zweiten Stromrichterstufe kann die Gleichspannung des Zwischenkreises an die Spannung eingestellt werden, die am Gleichstromein- und -ausgang des Stromrichters anliegen soll.

Stromrichter werden in Ladegeräten für Elektrofahrzeugen eingesetzt. Derzeit erfordern bekannte transformatorlose Stromrichter für das Laden von Elektrofahrzeugen an einphasigen Wechselstromnetzen, zweiphasigen Wechselstromnetzen bzw. dreiphasigen Wechselstromnetzen viele leistungselektronische Stufen, so dass Ladegeräten für universelle Verwendung an ein-, zwei- oder dreiphasigen Wechselstromnetzen aufwendig sind. Es besteht daher der Bedarf nach einem kostengünstigen und kompakten Ladegerät für Elektrofahrzeuge. Ausgleichströme, die durch parasitäre Ableitkapazitäten der Batterie oder andere Bauteile in das Fahrzeug fließen könnten, sollen unterdrückt werden, um die Funktion von Schutzeinrichtungen gegen elektrische Personengefährdung nicht nachteilig zu beeinflussen. Für ein- bzw. mehrphasigen Betrieb erforderliche Schaltungsteile sollen je nach Betriebsart in unterschiedlichen Funktionen verwendet werden, um den Aufwand für das Ladegerät zu minimieren.

Die Erfinder schlagen daher vor, dass der Stromrichter eine erste Halbbrücke aus gesteuerten Stromrichterventilen aufweist, die mit dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des Ausgangs der ersten Stromrichterstufe verbunden ist und der Verbindungspunkt zwischen den Stromrichterventilen der ersten Stromrichterventil- Halbbrücke über eine erste Drossel mit dem Verbindungspunkt der Kondensator- Halbbrücke verbunden ist. Mit dieser ersten Stromrichterventil-Halbbrücke kann die Spannung über dem ersten und/oder zweiten Kondensator der Kondensator- Halbbrücke des Zwischenkreises geregelt werden. Dadurch können Ableitströme im Fahrzeug vermieden werden, wenn mit dem Dreiphasengleichrichter an einem Ein oder Zweiphasen-Wechselstromnetz geladen wird. Die Regelung sorgt dafür, dass die Spannung über dem ersten Kondensator und die Spannung über dem zweiten Kondensator gleich sind.

Der Schaltungsaufwand kann reduziert werden, wenn die erste Stromrichterventil- Halbbrücke durch eine erste der Halbbrücken der gesteuerten Sechspuls- Brückenschaltung gebildet ist. Es ist dann nicht notwendig, nur für den Zweck der Erfindung besondere Stromrichterventile vorzusehen. Es kann die vorhandene Infrastruktur der gesteuerten Sechspuls-Brückenschaltung genutzt werden.

Wird die erste Stromrichterventil-Halbbrücke durch eine erste der Halbbrücken der gesteuerten Sechspuls-Brückenschaltung gebildet, ist es von Vorteil, wenn der Stromrichter einen ersten Schalter aufweist, mit dem zwischen einem Betrieb an einer Dreiphasenwechselstrom-Quelle und einer Quelle mit weniger Phasen hin- und hergeschaltet werden kann.

Der erste Schalter in einer ersten Variante kann ein Umschalter sein, dessen gemeinsamer Mittelanschluss mit dem Verbindungspunkt der ersten Stromrichterventil-Halbbrücke verbunden ist und der je nach Schalterstellung entweder mit der ersten Drossel oder ggf. über eine weitere Drossel mit einem ersten Außenleiteranschluss des Dreiphasen-Wechselstromein- und -ausgangs verbunden ist.

Auch in einer zweiten Variante kann der erste Schalter ein Umschalter sein, dessen gemeinsamer Mittelanschluss über die erste Drossel mit dem Verbindungspunkt der ersten Stromrichterventil-Halbbrücke verbunden ist und der je nach Schalterstellung entweder mit dem Verbindungspunkt der Kondensator-Halbbrücke oder mit einem ersten Außenleiteranschluss des Dreiphasen-Wechselstromein- und -ausgangs verbunden ist.

In einer dritten Variante kann der erste Schalter ein Ein-/Aus-Schalter sein, der einen ersten Außenleiteranschluss des Dreiphasen-Wechselstromein- und -ausgangs mit dem Verbindungspunkt der Kondensator-Halbbrücke verbindet, wobei der erste Außenleiteranschluss über die erste Drossel mit dem ersten Ein- und Ausgang der gesteuerten Sechspuls-Brückenschaltung verbunden ist.

Weitere Varianten sind möglich. Bei jeder Variante sollte durch den ersten Schalter im Falle einer Versorgung an einer dreiphasigen Wechselstromquelle eine leitende Verbindung vom Verbindungspunkt der ersten Stromrichterventil-Halbbrücke zum dem ersten Außenleiter-Anschluss des Dreiphasen-Wechselstromein- und -ausgangs hergestellt werden können, um den Stromrichter auch aus dem ersten Außenleiteranschluss mit Strom zu versorgen, während durch den ersten Schalter im Falle einer Versorgung an einer einphasigen oder zweiphasigen Wechselstromquelle eine leitende Verbindung vom Verbindungspunkt der ersten Stromrichterventil- Halbbrücke über die erste Drossel zum Verbindungspunkt der Kondensator- Halbbrücke besteht, damit mit einer Steuerung der ersten Stromrichterstufe die Stromrichterventile der ersten Stromrichterventil-Halbbrücke zum Regeln, insbesondere einer Konstanthaltung, einer Spannung über dem zweiten Kondensator der Kondensator-Halbbrücke benutzt werden können. Durch eine konstante Spannung über dem zweiten Kondensator liegt an dem Verbindungspunkt der Kondensator-Halbbrücke, der mit dem Neutralleiter verbunden ist, eine konstante Spannung an. Dadurch ist es möglich, Ausgangsrippelströme zu vermeiden. Da der Neutralleiter auf der Seite des Wechselstromein- und Ausgangs mit dem PE- Anschluss des Fahrzeugs und einer Ladestation oder Ladesäule verbunden sein kann, können so unzulässige Blindströme durch parasitäre Kapazitäten des Fahrzeugs vermieden werden.

Eine weitere Verbesserung der Qualität des Stroms am Gleichstromein- und -ausgang des Stromrichters beim Laden an einem Einphasenwechselstromnetz kann erreicht werden, wenn der Stromrichter eine zweite Halbbrücke aus zwei gesteuerten Stromrichterventilen aufweist, die mit dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des zweiten Ein- und Ausgangs der ersten Stromrichterstufe verbunden ist und deren Verbindungspunkt zwischen den beiden gesteuerten Stromrichterventilen über eine Reihenschaltung aus einer zweiten Drossel und einem dritten Kondensator mit dem zweiten Anschluss des zweiten Ein- und Ausgangs der ersten Stromrichterstufe verbunden ist. Mit dieser zweiten Stromrichterventil-Halbbrücke kann die Spannung über der Kondensator-Halbbrücke des Zwischenkreises geregelt, insbesondere konstant gehalten werden. Dadurch können Ripple auf dem Strom am Gleichstromausgang des Stromrichters vermieden werden, wenn mit dem Dreiphasengleichrichter an einem Einphasen-Wechselstromnetz geladen wird.

Es ist möglich, dass die zweite Stromrichterventil-Halbbrücke mit dem dritten Kondensator als Speicherkondensator als aktives Rippelfilter betrieben werden.

Der Stromrichter kann nicht nur als Gleichrichter, sondern auch als Wechselrichter betrieben werden. Dabei ist insbesondere ein Betrieb als Einphasenwechselrichter oder als Dreiphasenwechselrichter möglich. Die zweite Stromrichterstufe kann dann als Gleichspannungswandler, insbesondere als Aufwärtswandler betrieben werden, die den Zwischenkreis mit einer elektrischen Spannung versorgt. Diese elektrische Spannung wird von der als Wechselrichter betriebenen ersten Stromrichterstufe in eine Wechselspannung umgewandelt. Die erste Stromrichterstufe, d.h. die gesteuerte Sechspuls-Brückenschaltung kann dabei netzgeführt oder, insbesondere im Inselbetrieb, selbstgeführt und damit netzbildend sein. Auch im Fall eines Wechselrichterbetriebs ist es erforderlich, sowohl den Leistungsfaktor konstant zu halten als auch Ableitströme durch Spannungsrippel über parasitären Kapazitäten zu verhindern. Auch im Wechselrichterbetrieb müssen daher im einphasigen Betrieb die Spannungsrippel über der Kondensator-Halbbrücke des Zwischenkreises vermieden werden. Die Spannungsrippel können dabei mit den gleichen Mitteln vermieden werden, wie im Gleichrichterbetrieb.

Der Schaltungsaufwand kann reduziert werden, wenn die zweite Stromrichterventil- Halbbrücke durch eine zweite der Halbbrücken der gesteuerten Sechspuls- Brückenschaltung gebildet ist. Es ist dann nicht notwendig, nur für den Zweck der Erfindung besondere Stromrichterventile vorzusehen. Es kann die vorhandene Infrastruktur der gesteuerten Sechspuls-Brückenschaltung genutzt werden.

Wird die zweite Stromrichterventil-Halbbrücke durch die zweite der Halbbrücken der gesteuerten Sechspuls-Brückenschaltung gebildet, ist es von Vorteil, wenn der Stromrichter einen zweiten Schalter aufweist, mit dem zwischen einem Betrieb an einer Drei- oder Zweiphasenwechselstrom-Quelle und einer Quelle mit einer Phase hin- und hergeschaltet werden kann.

Der zweite Schalter kann in einer ersten Variante ein Umschalter sein, dessen gemeinsamer Mittelanschluss mit dem Verbindungspunkt der zweiten Stromrichterventil-Halbbrücke verbunden ist und der je nach Schalterstellung entweder mit der zweiten Drossel oder ggf. über eine weitere Drossel mit einem zweiten Außenleiteranschluss des Dreiphasen-Wechselstromein- und -ausgangs verbunden ist. In einer zweiten Variante kann der zweite Schalter ein Umschalter sein, dessen gemeinsamer Mittelanschluss über die zweite Drossel mit dem Verbindungspunkt der zweiten Stromrichterventil-Halbbrücke verbunden ist und der je nach Schalterstellung entweder mit dem dritten Kondensator oder mit einem zweiten Außenleiteranschluss des Dreiphasen-Wechselstromein- und -ausgangs verbunden ist.

Ferner ist es möglich, dass in einer dritten Variante der zweite Schalter ein Ein- und Ausschalter ist, der einen zweiten Außenleiteranschluss des Dreiphasen- Wechselstromein- und -ausgangs mit dem dritten Kondensator verbindet, wobei der zweite Außenleiteranschluss über die zweite Drossel mit dem ersten Ein- und Ausgang der gesteuerten Sechspuls-Brückenschaltung verbunden ist.

Auch für die Ausführung des zweiten Schalters und die Einbindung in den Stromrichter gibt es weitere Varianten. Bei jeder Variante sollte durch den zweiten Schalter im Falle einer Versorgung an einer drei- oder zweiphasigen Wechselstromquelle eine leitende Verbindung vom Verbindungspunkt der zweiten Stromrichterventil-Halbbrücke zu dem zweiten Außenleiter-Anschluss des Dreiphasen-Wechselstromein- und -ausgangs hergestellt werden können, um den Stromrichter auch über den zweiten Außenleiteranschluss mit Strom zu versorgen, während durch den zweiten Schalter im Falle einer Versorgung an einer einphasigen Wechselstromquelle eine leitende Verbindung vom Verbindungspunkt der zweiten Stromrichterventil-Halbbrücke über die Reihenschaltung aus der zweiten Drossel und dem dritten Kondensator zum zweiten Anschluss des zweiten Ein- und Ausgangs der ersten Stromrichterstufe besteht, damit mit einer Steuerung der ersten Stromrichterstufe die Stromrichterventile der zweiten Stromrichterventil-Halbbrücke zum Regeln einer Spannung im Zwischenkreis benutzt werden können.

Die zweite Stromrichterstufe kann ein Gleichstromwandler, insbesondere ein Synchronwandler sein. Die zweite Stromrichterstufe kann wenigstens eine Stromrichterventil-Halbbrücke aus zwei Stromrichterventilen umfassen, wobei ein erster der beiden Stromrichter einerseits mit dem ersten Anschluss und der zweite der beiden Stromrichter einerseits mit dem zweiten Anschluss des ersten Ein- und Ausgangs der zweiten Stromrichtestufe und beide Stromrichter andererseits mit einem Verbindungspunkt zwischen den beiden Stromrichtern verbunden sind. Der Verbindungspunkt und der zweite Anschluss des ersten Ein- und Ausgangs können über einen Tiefpass mit dem zweiten Ein- und Ausgang der zweiten Stromrichtestufe verbunden sein. Weist die zweite Stromrichterstufe zwei derartige Stromrichterventil-Halbbrücken auf, können die Kondensatoren der Tiefpassfilter zu einem Bauelement zusammengefasst sein.

Die in der Erfindung verwendeten Stromrichterventile können Transistoren, Leistungstransistoren, Thyristoren, IGBTs, FETs, MOS-FETs o.ä. sein.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen jeweils einen Stromrichter mit einem Zwischenkreis mit einer Kondensator-Halbbrücke und mit einer ersten Stromrichterventil-Halbbrücke zur Regelung der Spannung an einem Verbindungspunkt der Kondensator-Halbbrücke und mit einer zweiten Stromrichterventil-Halbbrücke zur Regelung einer Spannung im Zwischenkreis. Dabei zeigt:

Fig. 1 a einen Stromrichter, bei dem die erste Stromrichterventil-Halbbrücke und die zweite Stromrichterventil-Halbbrücke von Stromrichterventilen außerhalb einer ersten Stromrichterstufe gebildet sind und bei dem die zweite Stromrichterstufe durch einen Synchronwandler mit einer Stromrichterventil-Halbbrücke ausgebildet ist,

Fig. 1 b eine Variante des Stromrichters aus Fig. 1 a, bei dem im Unterschied zum Stromrichter aus Fig. 1 a die zweite Stromrichterstufe durch einen Synchronwandler mit zwei Stromrichterventil-Halbbrücken ausgebildet ist, Fig. 2a einen Stromrichter, bei dem die erste Stromrichterventil-Halbbrücke durch eine Stromrichterventil-Halbbrücke der ersten Stromrichterstufe und die zweite Stromrichterventil-Halbbrücke von Stromrichterventilen außerhalb einer ersten Stromrichterstufe gebildet sind und bei dem die zweite Stromrichterstufe durch einen Synchronwandler mit einer Stromrichterventil-Halbbrücke ausgebildet ist,

Fig. 2b eine Variante des Stromrichters aus Fig. 2a, bei dem im Unterschied zum Stromrichter aus Fig. 2a die zweite Stromrichterstufe durch einen Synchronwandler mit zwei Stromrichterventil-Halbbrücken ausgebildet ist, Fig. 3a einen Stromrichter, bei dem die erste Stromrichterventil-Halbbrücke von Stromrichterventilen außerhalb einer ersten Stromrichterstufe und die zweite Stromrichterventil-Halbbrücke durch eine Stromrichterventil- Halbbrücke der ersten Stromrichterstufe gebildet sind und bei dem die zweite Stromrichterstufe durch einen Synchronwandler mit einer Stromrichterventil-Halbbrücke ausgebildet ist,

Fig. 3b eine Variante des Stromrichters aus Fig. 3a, bei dem im Unterschied zum Stromrichter aus Fig. 3a die zweite Stromrichterstufe durch einen Synchronwandler mit zwei Stromrichterventil-Halbbrücken ausgebildet ist, Fig. 4a einen Stromrichter, bei dem die erste Stromrichterventil-Halbbrücke und die zweite Stromrichterventil-Halbbrücke durch eine Stromrichterventil- Halbbrücke der ersten Stromrichterstufe gebildet sind und bei dem die zweite Stromrichterstufe durch einen Synchronwandler mit einer Stromrichterventil-Halbbrücke ausgebildet ist,

Fig. 4b eine Variante des Stromrichters aus Fig. 4a, bei dem im Unterschied zum Stromrichter aus Fig. 4a die zweite Stromrichterstufe durch einen Synchronwandler mit zwei Stromrichterventil-Halbbrücken ausgebildet ist, Fig. 5a eine Variante des Stromrichters aus Fig. 4a und Fig. 5b eine Variante des Stromrichters aus Fig. 4b. Die Grundlagen für einen erfindungsgemäßen Stromrichter werden nun anhand des Stromrichters aus Fig. 1a erläutert. Der erfindungsgemäße Stromrichter nach Fig. 1a ist, wie die Stromrichter aus den anderen Figuren auch, ein bidirektionaler Dreiphasen-Wechselstromgleichrichter mit einem Dreiphasen-Wechselstromein- und - ausgang L1 , L2, L3, N mit Außenleiteranschlüssen L1 , L2, L3 und einem Neutralleiteranschluss N, einer ersten Stromrichterstufe 1, einem Zwischenkreis 3 umfassend eine Kondensator-Flalbbrücke C1 , C2, eine zweite Stromrichterstufe 2 und einen Gleichstromausgang 24, 25.

Ein ersten Ein- und Ausgang der ersten Stromrichterstufe 1 des Stromrichters aus Fig. 1a ist (wie die Eingänge der ersten Stromrichterstufen 1 der Stromrichter aus den Fig.

1 b bis 4b) über je eine Drossel 11 , I2, I3 mit den Außenleiteranschlüssen L1 , L2, L3 des Dreiphasen-Wechselstromein- und -ausgangs L1 , L2, L3, N verbunden. Dieser Dreiphasen-Wechselstromein- und -ausgang L1 , L2, L3, N kann nicht nur an ein Dreiphasen-Wechselstromnetz angeschlossen werden. Der Stromrichter kann mit dem Dreiphasen-Wechselstromein- und -ausgang L1 , L2, L3, N auch an eine Zweiphasen-Wechselstromnetz oder an eine Einphasen-Wechselstromnetz angeschlossen und an diesen Netzen betrieben werden.

Ein zweiten Ein- und Ausgang13, 14 der ersten Stromrichterstufe 1 ist (wie die Ausgänge 13, 14 der ersten Stromrichterstufen 1 der Stromrichter aus den Fig. 1b bis 5b) mit dem Zwischenkreis 3 verbunden. Der Zwischenkreis des Stromrichters ist ebenfalls mit dem ersten Ein- und Ausgang 21 , 22 der zweiten Stromrichterstufe 2 verbunden, deren zweiten Ein- und Ausgang 23, 24 den zweiten Ein- und Ausgang des Stromrichters bildet.

Die erste Stromrichterstufe 1 wird durch eine gesteuerte Sechspuls-Brückenschaltung aus in Flalbbrücken Q1, Q2; Q3, Q4; Q5, Q6 angeordneten steuerbaren Stromrichterventilen Q1 , Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 gebildet. Eine Steuerung zum Ansteuern der Stromrichterventile Q1 , Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 ist vorzugweise vorgesehen, aber ist nicht dargestellt. Verbindungspunkte zwischen den Stromrichterventilen Q1 , Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 einer Halbbrücke Q1 , Q2; Q3, Q4; Q5, Q6 sind über den ersten Ein- und Ausgang der ersten Stromrichterstufe 1 und Drossel 11 , I2, I3 mit den Außenleiteranschlüssen L1, L2, L3 verbunden. Außenliegende Anschlüsse der Halbbrücken Q1 , Q2; Q3, Q4; Q5, Q6 sind mit den Anschlüssen 13, 14 der ersten Stromrichterstufe 1 verbunden.

Die Kondensator-Halbbrücke C1 , C2 ist einerseits mit dem ersten Anschluss 13 des zweiten Ein- und Ausgangs 13, 14 der ersten Stromrichterstufe 1 und dem ersten Anschluss 21 des ersten Ein- und Ausgangs 21 , 22 der zweiten Stromrichterstufe 2 und andererseits mit dem zweiten Anschluss 14 des Ausgangs 13, 14 der ersten Stromrichterstufe 1 und dem zweiten Anschluss 22 des ersten Ein- und Ausgangs 21 , 22 der zweiten Stromrichterstufe 2 verbunden. Ein Verbindungspunkt 31 zwischen den beiden Kondensatoren C1 , C2 ist mit dem Neutralleiteranschluss N verbunden.

Bei einem Betrieb des Stromrichters an einer Einphasen-Wechselstromquelle oder an einer Zweiphasen-Wechselstromquelle kann es zu unerwünschten Ableitströmen in einem an den Stromrichter angeschlossenen Gerät kommen, wenn die Spannung über dem ersten Kondensator C1 und die Spannung über dem zweiten Kondensator C2 nicht gleich sind.

Eine zwischen dem Verbindungspunkt 31 der Kondensator-Halbbrücke und dem Neutralleiter N einerseits und dem zweiten Anschluss 14 des Ausgangs der ersten Stromrichterstufe 1 und dem zweiten Anschluss 22 des Ausgangs der zweiten Stromrichterstufe 2 andererseits anliegende Spannung wird durch die erste Stromrichterventil-Halbbrücke stabilisiert. Beim Stromrichter aus der Fig. 1a wird die erste Stromrichterventil-Halbbrücke durch Stromrichter Q7, Q8 gebildet. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Stromrichtern Q7, Q8 ist über einer Drossel I4 mit dem Verbindungspunkt 31 der Kondensator-Halbbrücke C1 , C2 und dem Neutralleiteranschluss N verbunden. Außenliegenden Anschlüsse der Stromrichterventil-Halbbrücke Q7, Q8 sind einerseits mit dem ersten Anschluss 13 des zweiten Ein und Ausgangs 13, 14 der ersten Stromrichterstufe 1 und dem ersten Anschluss 21 des ersten Ein- und Ausgangs 21 , 22 der zweiten Stromrichterstufe 2 und andererseits mit dem zweiten Anschluss 14 des zweiten Ein- und Ausgangs 13,

14 der ersten Stromrichterstufe 1 und dem zweiten Anschluss 22 des ersten Ein- und Ausgangs 21 , 22 der zweiten Stromrichterstufe 2 verbunden.

Durch das wechselseitige Schließen und Öffnen der Stromrichterventile Q7, Q8 der ersten Stromrichterventil-Halbbrücke Q7, Q8 mit variablem Tastverhältnis kann die Spannung zwischen dem Verbindungspunkt 31 und dem ersten Anschluss 13 des Ausgangs 13, 14, die über dem Kondensator C2 abfällt, eingestellt werden. Die Stromrichterventile Q7, Q8 der ersten Stromrichterventil-Halbbrücke Q7, Q8 werden so geöffnet und geschlossen, dass die Spannung über dem ersten Kondensator C1 und dem zweiten Kondensator C2 gleich ist, oder zumindest die Spannung über C2 weitestgehend konstant ist. Dadurch können Ableitströme vermieden werden.

Eine über der Kondensator-Halbbrücke C1 , C2, d.h. am zweiten Ein- und Ausgang13, 14 der ersten Stromrichterstufe 1 und am Ersten Ein- und Ausgang 21 , 22 der zweiten Stromrichterstufe 2 abfallende Spannung kann mittels eines aktiven Filters stabilisiert werden, um Spannungsripple zu vermeiden. Das aktive Filter wird durch die zweite Stromrichterventil-Halbbrücke umfassend die Stromrichterventile Q9, Q10 und die Reihenschaltung aus dem dritten Kondensator C3 und der Drossel I5 gebildet. Äußere Anschlüsse der Stromrichter-Halbbrücke sind einerseits mit dem ersten Anschluss 13 des zweiten Ein- und Ausgangs 13, 14 der ersten Stromrichterstufe 1 und dem ersten Anschluss 21 des ersten Ein- und Ausgangs 21 , 22 der zweiten Stromrichterstufe 2 und andererseits mit dem zweiten Anschluss 14 des zweiten Ein- und Ausgangs 13,

14 der ersten Stromrichterstufe 1 und dem zweiten Anschluss 22 des ersten Ein- und Ausgangs 21 , 22 der zweiten Stromrichterstufe 2 verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen den beiden Stromrichterventilen Q9, Q10 ist über die Reihenschaltung C3,

15 mit dem zweiten Anschluss 14 des zweiten Ein- und Ausgangs 13, 14 der ersten Stromrichterstufe 1 und dem zweiten Anschluss 22 des ersten Ein- und Ausgangs 21 , 22 der zweiten Stromrichterstufe 2 verbunden. Durch ein Schließen und Öffnen der Stromrichterventile Q9, Q10 kann die Spannung über der zweiten Stromrichterventil- Halbbrücke und damit die Spannung über dem zweiten Ein- und Ausgang 13, 14 der ersten Stromrichterstufe 1 und über dem ersten Ein- und Ausgang 21 , 22 der zweiten Stromrichterstufe 2 eingestellt werden. Dazu können bei geöffnetem Stromrichterventil Q9 und geschlossenem Stromrichterventil Q10 der Kondensator C3 und die Drossel I5 aufgeladen und bei geschossenem Stromrichterventil Q9 und geöffnetem Stromrichterventil Q10 entladen werden. Dadurch können Spannungsripple verhindert oder zumindest vermindert werden.

Die zweite Stromrichterstufe 2 wird durch einen Gleichspannungswandler, nämlich durch einen ersten Synchronwandler gebildet. Dessen Stromrichterventil-Halbbrücke aus zwei Stromrichterventilen Q11 und Q12 ist mit ihren außenliegenden Anschlüssen mit dem ersten Ein- und Ausgang 21 , 22 der zweiten Stromrichterstufe 2 verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen den Stromrichterventilen Q11 und Q12 und der zweite Anschluss 22 des ersten Ein- und Ausgangs sind über einen Tiefpass aus einer Drossel I6 und einem Kondensator C4 mit dem zweiten Ein- und Ausgang 23, 24 verbunden.

Der in der Fig. 2a dargestellte Stromrichter unterscheidet sich von dem in der Fig. 1a dargestellten Stromrichter dadurch, dass die erste Stromrichterventil-Halbbrücke nicht durch Bauelemente außerhalb der ersten Stromrichterstufe 1 gebildet ist, sondern durch eine erste der Stromrichterventil-Halbbrücken Q1 , Q2 der gesteuerten Sechspuls-Brückenschaltung Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, die bei dreiphasiger Versorgung mit dem ersten Außenleiteranschluss L1 des Dreiphasen- Wechselstromein- und -ausgangs L1 , L2, L3, N verbunden ist. Der Verbindungspunkt der Stromrichterventil-Halbbrücke Q1 , Q2 ist anders als bei dem Stromrichter aus Fig. 1a nicht unmittelbar über eine Drossel mit dem Außenleiteranschluss L1 verbunden. Der Verbindungspunkt ist mit einem gemeinsamen Mittelanschluss eines Umschalters S1 verbunden. Von diesem Mittelanschluss kann je nach Steuerung des Umschalters S1 eine Verbindung zum Außenleiteranschluss L1 oder über die Drossel I4 eine Verbindung zum Verbindungspunkt 31 in der Kondensator-Brückenschaltung hergestellt werden. Bei einer Verbindung zum Außenleiteranschluss L1 können die Stromrichterventile Q1 , Q2 für den Anschluss an eine dreiphasige Stromquelle genutzt werden. Bei der Verbindung zur Drossel I4 können die Stromrichterventile (bei einem einphasigen oder zweiphasigen Anschluss an eine Stromquelle) zur Stabilisierung der Spannung zwischen dem Verbindungspunkt 31 bzw. dem Neutraleiteranschluss N und dem zweiten Anschluss 14 des zweiten Ein- und Ausgangs 13, 14 der ersten Stromrichterstufe 1 und dem zweiten Anschluss 22 des ersten Ein- und Ausgangs 21 , 22 der zweiten Stromrichterstufe 2 genutzt werden.

Der in der Fig. 3a dargestellte Stromrichter unterscheidet sich von dem in der Fig. 1a dargestellten Stromrichter dadurch, dass die zweite Stromrichterventil-Flalbbrücke nicht durch Bauelemente außerhalb der ersten Stromrichterstufe 1 gebildet ist, sondern eine zweite der Stromrichterventil-Flalbbrücken Q3, Q4 der gesteuerte Sechspuls-Brückenschaltung Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, die bei dreiphasiger Versorgung mit dem zweiten Außenleiteranschluss L2 des Dreiphasen- Wechselstromein- und -ausgangs L1 , L2, L3, N. Der Verbindungspunkt der Stromrichterventil-Flalbbrücke Q1 , Q2 ist anders als bei dem Stromrichter aus Fig. 1a nicht unmittelbar über eine Drossel mit dem Außenleiteranschluss L2 verbunden. Der Verbindungspunkt ist mit einem gemeinsamen Mittelanschluss eines Umschalters S2 verbunden. Von diesem Mittelanschluss kann je nach Steuerung des Umschalters S2 eine Verbindung zum Außenleiteranschluss L2 oder über die Reihenschaltung der Drossel I5 und des Kondensators C3 eine Verbindung zu dem zweiten Anschluss 14 des zweiten Ein- und Ausgangs 13, 14 der ersten Stromrichterstufe 1 und dem zweiten Anschluss 22 des ersten Ein- und Ausgangs 21 , 22 der zweiten Stromrichterstufe 2 hergestellt werden. Bei einer Verbindung zum Außenleiteranschluss L2 können die Stromrichterventile Q1, Q2 für den Anschluss an eine dreiphasige oder zweiphasige Stromquelle genutzt werden. Bei der Verbindung zur Reihenschaltung 15, C3 können die Stromrichterventile (bei einem einphasigen Anschluss an eine Stromquelle) zur Stabilisierung der Spannung zwischen einerseits dem ersten Anschluss 13 des zweiten Ein- und Ausgangs 13, 14 der ersten Stromrichterstufe 1 und dem ersten Anschluss 21 des Ersten Ein- und Ausgangs 21 , 22 der zweiten Stromrichterstufe 2 und andererseits dem zweiten Anschluss 14 des zweiten Ein- und Ausgangs 13, 14 der ersten Stromrichterstufe 1 und dem zweiten Anschluss 21 des ersten Ein- und Ausgangs 21 , 22 der zweiten Stromrichterstufe 2 genutzt werden.

Bei dem in der Fig. 4a dargestellten Stromrichter werden sowohl die erste Stromrichterventil-Halbbrücke Q1 , Q2 als auch die zweite Stromrichterventil- Halbbrücke Q3, Q4 genutzt, um bei einer ein- oder zweiphasigen Versorgung des Stromrichters die Spannung über dem Kondensator C2 bzw. die Spannung im Zwischenkreis 3 zu stabilisieren. Die erste Stromrichterventil-Halbbrücke Q1 , Q2 und die zweite Stromrichterventil-Halbbrücke Q3, Q4 können dazu über die Umschalter S1 und S2 entweder mit den Außenleiteranschlüssen L1 , L2 einerseits oder mit der Drossel I4 oder der Reihenschaltung aus der Drossel I5 und dem Kondensator C3 andererseits verbunden werden, wie es bei dem Stromrichter aus Fig. 2a bzw. aus Fig. 3a möglich ist.

Der in der Fig. 5a dargestellte Stromrichter unterscheidet sich von dem in der Fig. 4a dargestellten Stromrichter dadurch, dass die Anzahl der verwendeten Bauelemente weiter reduziert ist. Das ist dadurch möglich, dass die Umschalter S1 , S2 durch Ein- und Ausschalter S1 , S2 ersetzt wurden und die Verbindung der Schalter S1 , S2 zu den Verbindungspunkten zwischen den Stromrichterventilen Q1 , Q2 bzw. Q3, Q4 verändert wurde. Diese Verbindungspunkte sind bei dem Stromrichter aus der Fig. 5a über die Drosseln 11 , I2 mit den Schaltern S1 , S2 verbunden.

Bei geschlossenem Schalter S1 ist dann vom Verbindungspunkt zwischen den Stromrichterventilen Q1 , Q2 über die Drossel 11 eine Verbindung zum Neutralleiteranschluss N bzw. zum Verbindungspunkt 31 hergestellt. Die Drossel 11 übernimmt dabei die Funktion der Drossel I4 der Stromrichter aus den Figuren 1a, 2a, 3a und 4a. Die Stromrichterventile Q1 , Q2 werden im Ein- oder Zweiphasen- Wechselstrombetrieb so geschaltet, dass die Spannungen am Kondensator C2 der Kondensator-Flalbbrücke C1 , C2 weitestgehend konstant ist. Das ist dann der Fall, wenn der Strom durch die Drossel 11 das Inverse des Stroms durch die Drossel I3 ist.

Bei geschlossenem Schalter S2 ist eine Verbindung zum Kondensator C3 hergestellt, so dass dann vom Verbindungspunkt zwischen den Stromrichterventilen Q3, Q4 über die Drossel I2 und den Kondensator eine Verbindung zum zweiten Anschluss 14 des zweiten Ein- und Ausgangs 13, 14 der ersten Stromrichterstufe 1 und zum zweiten Anschluss 22 des ersten Ein- und Ausgangs 21 , 22 der zweiten Stromrichterstufe 2 besteht. Die Drossel I2 übernimmt dabei die Funktion der Drossel I5 der Stromrichter aus den Figuren 1a, 2a, 3a und 4a.

Der Stromrichter aus der Fig. 1b unterscheidet sich vom Stromrichter aus der Fig. 1a dadurch, dass die zweite Stromrichterstufe 2 neben dem ersten Synchronwandler, der schon in der zweiten Stromrichterstufe des Stromrichters nach Fig. 1a vorgesehen ist, einen zweiten, zum ersten parallel geschalteten Synchronwandler hat. Dieser zweite Synchronwandler hat zwei Stromrichterventile Q13, Q14 in Flalbbrückenanordnung und eine Drossel I6, die mit dem Verbindungspunkt zwischen den Stromrichterventilen Q13, Q14 und dem Kondensator C4 verbunden ist, der von beiden Synchrongleichrichtern benutzt wird. In gleicher weise unterscheiden sich die Stromrichter nach den Figuren 2b, 3b, 4b und 5b von den in den Figuren 2a, 3a, 4a und 5a dargestellten Stromrichtern. Bezugszeichenliste

L1 , L2, L3, N Dreiphasen-Wechselstromein- und -ausgang

11, I2, I3 Drosseln

1 erste Umrichterstufe

13, 14 zweiter Ein- und Ausgang der ersten Umrichterstufe

Q1 , Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 Stromrichterventile der ersten Umrichterstufe

2 zweite Stromrichterstufe

21 , 22 erster Ein- und Ausgang der zweiten Stromrichterstufe 23, 24 zweiter Ein- und Ausgang der zweiten Stromrichterstufe

Q11 , Q12 erste Stromrichterventile der zweiten Stromrichterstufe Q13, Q14 zwei Stromrichterventile der zweiten Stromrichterstufe

3 Zwischenkreis

C1 erster Kondensator der Kondensator-Halbbrücke

C2 zweiter Kondensator der Kondensator-Halbbrücke

31 Verbindungspunkt

51 erster Schalter

Q7, Q8 Stromrichter-Halbbrücke

14 Drossel

52 zweiter Schalter

Q9, Q10 Stromrichter-Halbbrücke

15 Drossel Kondensator Drossel Drossel Kondensator