Gruppe von Zwischenkreisumrichtern mit gezielter Kopplung der Zwischenkreisumrichter miteinander

Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Gruppe von Zwi- schenkreisumrichter,

- wobei die Zwischenkreisumrichter jeweils einen Zwischen kreis mit einem Zwischenkreiskondensator aufweisen,

- wobei die Zwischenkreisumrichter und mit ihnen die Zwi schenkreiskondensatoren über einen jeweiligen eingangssei tigen Gleichrichter mit einer Energieversorgung verbunden sind und über einen jeweiligen ausgangsseitigen Wechsel richter mit einer jeweiligen Last verbunden sind,

- wobei die Zwischenkreisumrichter jeweils einen ersten und einen zweiten Anschluss aufweisen, die über eine jeweilige erste und eine jeweilige zweite Leitung mit einem jeweili gen ersten und einem jeweiligen zweiten Potenzial des je weiligen Zwischenkreises verbunden sind.

Elektrische Einrichtungen - beispielsweise größere elektrisch angetriebene Maschinen - weisen oftmals eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern (Lasten) auf. Die Lasten werden in vielen Fällen über einen jeweiligen Zwischenkreisumrichter aus einem gemeinsamen elektrischen Versorgungsnetz mit elekt rischer Energie versorgt. Zur Versorgung mit elektrischer Energie werden die Gleichrichter an das elektrische Versor gungsnetz angeschlossen.

In manchen Fällen arbeiten die Lasten nicht permanent als Verbraucher, sondern zeitweise auch als Energielieferanten. Ein Beispiel sind elektrische Antriebe, die zum Abbremsen ei ner bewegten Masse verwendet werden. In derartigen Fällen wird durch entsprechende Ansteuerung des Wechselrichters Energie in den Zwischenkreis zurückgespeist. In manchen Fäl len ist der Gleichrichter als gesteuerter Gleichrichter aus gebildet. In diesem Fall kann die in den Zwischenkreis zu rückgespeiste Energie über den Gleichrichter weiter in das Versorgungsnetz zurückgespeist werden. In anderen Fällen ist der Gleichrichter jedoch als ungesteuerter Gleichrichter aus gebildet, insbesondere als einfacher Dioden-Brückengleich- richter. In diesen Fällen muss die elektrische Energie ander weitig aus dem Zwischenkreis abgeführt werden.

Eine Möglichkeit besteht darin, an den Zwischenkreis soge nannte Bremswiderstände anzuschalten, in welchen die rückge speiste elektrische Energie in Wärme umgesetzt wird. Oftmals sind jedoch mehrere parallel angeordnete Zwischenkreise vor handen. In diesem Fall können die ersten Potenziale der Zwi schenkreise und die zweiten Potenziale der Zwischenkreise miteinander verbunden sein. Dadurch kann ein Energiefluss von einem der Zwischenkreise in einen anderen Zwischenkreise er folgen, so dass die in den einen der Zwischenkreise rückge speiste elektrische Energie von dem anderen Zwischenkreis aufgenommen und an dessen Last weitergegeben werden kann.

Im einfachsten Fall erfolgt eine direkte Verbindung der ers ten Potenziale der Zwischenkreise und der zweiten Potenziale der Zwischenkreise miteinander. Diese Ausgestaltung weist zwar eine sehr hohe Dynamik auf. Beim Anschalten der Gleich richter an das Versorgungsnetz ist jedoch nicht mehr in defi nierter Weise gewährleistet, dass jeder Zwischenkreis über seinen Gleichrichter geladen wird. Ursachen hierfür sind bei gleichartig ausgelegten und dimensionierten Zwischenkreisum richtern Bauteiltoleranzen, bei unterschiedlich dimensionier ten oder unterschiedlich ausgelegten Zwischenkreisumrichtern zusätzlich unterschiedliche Kennlinien der verwendeten Bau elemente. Derartige Undefinierte Zustände können dazu führen, dass beim Zuschalten der gemeinsamen Energieversorgung mehre re Zwischenkreise vollständig oder zumindest im wesentlichen über den Gleichrichter eines einzelnen Zwischenkreisumrich ters geladen werden. Dadurch ist es möglich, dass der Gleich richter dieses Zwischenkreisumrichters überlastet und beschä digt bzw. zerstört wird. Zur Vermeidung derartiger Schäden sind verschiedene Vorge hensweisen bekannt.

Eine bekannte Vorgehensweise besteht darin, Bauelemente der Zwischenkreisumrichter - insbesondere die Gleichrichter - überdimensioniert auszulegen. Diese Vorgehensweise führt zwar zu einem an sich sicheren Betrieb, hat aber erhöhte Kosten zur Folge. Weiterhin können im Falle einer direkten Verbin dung in den Verbindungsleitungen hohe Ausgleichsströme flie ßen, die zur Zerstörung weiterer Geräte, unter Umständen so gar zu Bränden führen können.

Eine weitere bekannte Vorgehensweise besteht darin, in den Verbindungsleitungen zwischen den ersten und den zweiten Po tenzialen der Zwischenkreise Widerstände anzuordnen. Bei den Widerständen kann es sich insbesondere um PTC-Widerstände (PTC = positive temperature coeffizient) handeln, d.h. um Wi derstände, deren Widerstandswert bei einer Erwärmung deutlich ansteigt. Diese Vorgehensweise schützt zwar die Gleichrichter und auch die übrigen Komponenten der Zwischenkreisumrichter vor Überlastung, führt jedoch zu einer relativ geringen Dyna mik und zu hohen Verlustleistungen über die Widerstände.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Widerstände durch Parallelschaltungen von Dioden zu ersetzen, wobei die Dioden der jeweiligen Parallelschaltung in entgegengesetzter Rich tung leiten. Diese Vorgehensweise führt zwar zu relativ ge ringen Verlustleistungen, ist aber insbesondere nicht kurz schlussfest .

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Gleichrichtern zum Versorgungsnetz hin Drosseln vorzuordnen. Diese Vorge hensweise schützt zwar die Gleichrichter, bewirkt aber Ver lustleistungen außerhalb der Zwischenkreisumrichter. Ferner ist auch diese Ausgestaltung nicht kurzschlussfest.

Aus der US 2017/0 229 994 Al ist ein Zwischenkreisumrichter bekannt. Dieser Zwischenkreisumrichter weist einen Zwischen- kreis mit einem Zwischenkreiskondensator auf. Der Zwischen kreisumrichter und mit ihm der Zwischenkreiskondensator ist über einen eingangsseitigen Gleichrichter mit einer Energie versorgung und über einen ausgangsseitigen Wechselrichter mit einer Last verbunden. Der Zwischenkreisumrichter weist einen ersten und einen zweiten Anschluss auf, die über eine erste und eine zweite Leitung mit einem ersten und einem zweiten Potenzial des Zwischenkreises verbunden sind. In der ersten Leitung ist ein erstes Schaltelement angeordnet, dem eine erste Diode parallel geschaltet ist. Bei geöffnetem erstem Schaltelement kann der Zwischenkreiskondensator über die ers te Diode zwar geladen werden, nicht aber entladen. Bei ge schlossenem erstem Schaltelement kann der Zwischenkreiskon densator über das erste Schaltelement (geringfügig) entladen werden. Der Zwischenkreisumrichter weist eine Steuereinrich tung auf, welche das erste Schaltelement in Abhängigkeit von einer im Zwischenkreis herrschenden Zwischenkreisspannung an steuert. Die Steuereinrichtung steuert im Gegentakt zu dem ersten Schaltelement weiterhin ein zweites Schaltelement an. Dem zweiten Schaltelement ist eine zweite Diode parallel ge schaltet. Über die beiden Schaltelemente wird eine Reihen schaltung einer Induktivität und eines Kondensators abwech selnd an den Zwischenkreis angeschaltet.

Der JP H10 164 862 A ist ein ähnlicher Offenbarungsgehalt zu entnehmen .

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Mög lichkeiten zu schaffen, mittels derer auf einfache und zuver lässige Weise sowohl ein individueller, voneinander unabhän giger Betrieb der Zwischenkreisumrichter als auch ein Belas tungsausgleich zwischen den Zwischenkreisumrichtern möglich ist .

Die Aufgabe wird durch eine Gruppe von Zwischenkreisumrich tern mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Gruppe von Zwischenkreisumrichtern sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 11. Erfindungsgemäß wird eine Gruppe von Zwischenkreisumrichtern der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet,

- dass in der jeweiligen ersten Leitung ein jeweiliges erstes Schaltelement angeordnet ist, dem eine jeweilige erste Dio de parallel geschaltet ist, so dass bei geöffnetem jeweili gem erstem Schaltelement der jeweilige Zwischenkreiskonden sator über die jeweilige erste Diode zwar geladen werden kann, nicht aber entladen werden kann und bei geschlossenem jeweiligem erstem Schaltelement der jeweilige Zwischen kreiskondensator über das jeweilige erste Schaltelement zu mindest entladen werden kann,

- dass der jeweilige Zwischenkreisumrichter eine jeweilige Steuereinrichtung aufweist, welche das jeweilige erste Schaltelement in Abhängigkeit von einer im jeweiligen Zwi schenkreis herrschenden jeweiligen Zwischenkreisspannung ansteuert,

- dass in der jeweiligen ersten Leitung zwischen dem jeweili gen ersten Schaltelement und dem jeweiligen ersten An schluss eine jeweilige erste Induktivität angeordnet ist,

- dass der jeweilige Zwischenkreisumrichter eine jeweilige Freilaufdiode aufweist, welche die jeweilige erste und die jeweilige zweite Leitung miteinander verbindet,

- dass ein jeweiliger erster Diodenknotenpunkt, an dem die jeweilige Freilaufdiode mit der jeweiligen ersten Leitung verbunden ist, zwischen dem jeweiligen ersten Schaltelement und der jeweiligen ersten Induktivität angeordnet ist und

- dass die ersten Anschlüsse der Zwischenkreisumrichter mit einander verbunden sind und die zweiten Anschlüsse der Zwi schenkreisumrichter miteinander verbunden sind.

Solange das jeweilige erste Schaltelement geöffnet bleibt, wird der jeweilige Zwischenkreisumrichter unabhängig von den anderen Zwischenkreisumrichtern betrieben, deren erste und zweite Potenziale mit dem ersten und dem zweiten Anschluss des genannten Zwischenkreisumrichters verbunden sind. Je nach Ausmaß, in dem das jeweilige erste Schaltelement geschlossen wird, ist jedoch ein Energiefluss aus dem jeweiligen Zwi- schenkreis heraus zu den Zwischenkreisen der anderen Zwi schenkreisumrichter möglich. Dadurch ist es möglich, den Zwi schenkreis des entsprechenden Zwischenkreisumrichters nach Bedarf von den Zwischenkreisen der anderen Zwischenkreisum richter zu entkoppeln oder mit ihnen zu koppeln.

Es ist möglich, dass die Anschlüsse interne, eher fiktive An schlüsse sind. Es ist aber auch möglich, dass die Anschlüsse von außen zugängliche Anschlüsse sind, an die jeweils eine Leitung lösbar angeschlossen werden kann. Beispiele derarti ger Anschlüsse sind Schraubklemmen, Steckerbuchsen, Schneid klemmen und dergleichen mehr.

Im einfachsten Fall steuert die Steuereinrichtung mindestens eines der Zwischenkreisumrichter dessen erstes Schaltelement ausschließlich in Abhängigkeit von der im Zwischenkreis die ses Zwischenkreisumrichters herrschenden Zwischenkreisspan nung an. Insbesondere kann die Steuereinrichtung das erste Schaltelement schließen bzw. durchschalten, wenn die Zwi schenkreisspannung - also die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Potenzial dieses Zwischenkreises - einen vor bestimmten Wert überschreitet. Das Tastverhältnis - also der Prozentanteil an einer Periode, während dessen die Steuerein richtung das erste Schaltelement schließt - kann von der Steuereinrichtung anhand einer vorgegebenen Funktion bestimmt werden, der als Eingangsparameter die Zwischenkreisspannung zugeführt wird und die als Ausgangsparameter das Tastverhält nis liefert.

Alternativ ist es möglich, dass die Steuereinrichtung mindes tens eines der Zwischenkreisumrichter dessen erstes Schalt element in Abhängigkeit von der im Zwischenkreis dieses Zwi schenkreisumrichters herrschenden Zwischenkreisspannung und zusätzlich in Abhängigkeit von einem über die erste Leitung oder die zweite Leitung dieses Zwischenkreisumrichters flie ßenden Strom ansteuert. Beispielsweise kann die Steuerein richtung in Abhängigkeit von der Zwischenkreisspannung ent scheiden, ob sie das erste Schaltelement überhaupt schließt, und das erste Schaltelement jeweils wieder öffnen, wenn der dem Zwischenkreis entnommene Strom einen vorbestimmten Wert überschreitet. Dadurch können - je nach Messstelle für den Strom - durch rechtzeitiges Abregeln bei Erreichen eines kri tischen Stromes beispielsweise ein Bauelementeschutz reali siert werden oder ein definierter Energieausgleich zwischen den Zwischenkreisen realisiert werden.

Es ist auch möglich, dass die Steuereinrichtung dieses Zwi schenkreisumrichters dessen erstes Schaltelement in Abhängig keit vom Produkt der im Zwischenkreis dieses Zwischenkreisum richters herrschenden Zwischenkreisspannung und dem über die erste Leitung oder die zweite Leitung dieses Zwischenkreisum richters fließenden Strom ansteuert. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung beispielsweise in Abhängigkeit von der Zwi schenkreisspannung entscheiden, ob sie das erste Schaltele ment überhaupt schließt, und das erste Schaltelement jeweils wieder öffnen, wenn die dem Zwischenkreis entnommene Leistung einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Im einfachsten Fall sind die zweiten Leitungen, die mit dem zweiten Potenzial des jeweiligen Zwischenkreises verbunden ist, einfache, direkte Verbindungen des jeweiligen zweiten Anschlusses mit dem jeweiligen Zwischenkreis. Vorzugsweise jedoch ist vorgesehen,

- dass in der zweiten Leitung mindestens eines der Zwischen kreisumrichter ein zweites Schaltelement angeordnet ist, dem eine zweite Diode parallel geschaltet ist, so dass bei geöffnetem zweitem Schaltelement der Zwischenkreiskondensa tor dieses Zwischenkreisumrichters über die zweite Diode zwar geladen werden kann, nicht aber entladen werden kann und bei geschlossenem zweitem Schaltelement der Zwischen kreiskondensator dieses Zwischenkreisumrichters über das zweite Schaltelement zumindest entladen werden kann,

- dass die Steuereinrichtung dieses Zwischenkreisumrichters zusätzlich zum ersten Schaltelement dieses Zwischenkreisum richters auch das zweite Schaltelement in Abhängigkeit von der im Zwischenkreis dieses Zwischenkreisumrichters herr schenden Zwischenkreisspannung ansteuert und

- dass ein zweiter Diodenknotenpunkt, an dem die Freilaufdio de dieses Zwischenkreisumrichters mit der zweiten Leitung dieses Zwischenkreisumrichters verbunden ist, zwischen dem zweiten Anschluss dieses Zwischenkreisumrichters und einem zweiten Schaltelement angeordnet ist.

Dadurch ist eine zweipolige Trennung des Zwischenkreises von den Anschlüssen möglich. Die Betriebssicherheit wird dadurch erhöht .

Vorzugsweise steuert die Steuereinrichtung dieses Zwischen kreisumrichters das zweite Schaltelement gleichartig zum ers ten Schaltelement dieses Zwischenkreisumrichters an. Wenn die Steuereinrichtung also das erste Schaltelement öffnet, so öffnet sie auch das zweite Schaltelement. Gleiches gilt für das Schließen der Schaltelemente.

Vorzugsweise ist in der zweiten Leitung dieses Zwischenkreis umrichters zwischen dem zweiten Diodenknotenpunkt und dem zweiten Anschluss dieses Zwischenkreisumrichters eine zweite Induktivität angeordnet. Dadurch ergibt sich ein symmetri scher Aufbau des Zwischenkreisumrichters. Im Falle des Vor handenseins der zweiten Induktivität können die erste Induk tivität und die zweite Induktivität magnetisch miteinander gekoppelt seien. Alternativ können sie als

Einzelinduktivitäten ausgebildet sein.

Vorzugsweise ist vorgesehen,

- dass dieser Zwischenkreisumrichter einen zusätzlichen Kon densator aufweist, der die erste und die zweite Leitung dieses Zwischenkreisumrichters miteinander verbindet,

- dass ein erster Kondensatorknotenpunkt, an dem der zusätz liche Kondensator mit der ersten Leitung dieses Zwischen kreisumrichters verbunden ist, zwischen dem ersten An schluss und der ersten Induktivität dieses Zwischenkreisum richters angeordnet ist und - dass ein zweiter Kondensatorknotenpunkt, an dem der zusätz liche Kondensator mit der zweiten Leitung dieses Zwischen kreisumrichters verbunden ist, zwischen dem zweiten An schluss dieses Zwischenkreisumrichters und der zweiten In duktivität angeordnet ist.

Diese Ausgestaltung ist prinzipiell auch dann realisierbar, wenn die zweite Induktivität nicht vorhanden ist. In diesem Fall ist der zweite Kondensatorknotenpunkt zwischen dem zwei ten Anschluss und dem zweiten Diodenknotenpunkt angeordnet. Wenn auch das zweite Schaltelement und die zweite Diode ent fallen, kann der zweite Kondensatorknotenpunkt an beliebiger Stelle mit der zweiten Leitung verbunden sein.

Es ist möglich, dass die den ersten Schaltelementen parallel geschaltete erste Diode eine eigenständige, separat vorhande ne Diode ist. Vorzugsweise handelt es sich bei der ersten Di ode mindestens eines der Zwischenkreisumrichter jedoch um ei ne dem ersten Schaltelement dieses Zwischenkreisumrichters intrinsische Diode. Gleiches gilt, falls vorhanden, für eine einem zweiten Schaltelement parallel geschaltete zweite Dio de .

Die eingangsseitigen Gleichrichter können als gesteuerte Gleichrichter ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der ein gangsseitige Gleichrichter mindestens eines der Zwischen kreisumrichter jedoch als ungesteuerter Gleichrichter ausge bildet .

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 Zwischenkreisumrichter,

FIG 2 einen weiteren Zwischenkreisumrichter und FIG 3 eine Gruppe von Zwischenkreisumrichtern.

FIG 1 zeigt eine grundlegende Ausgestaltung eines Zwischen kreisumrichters .

Gemäß FIG 1 weist der Zwischenkreisumrichter einen eingangs seitigen Gleichrichter 1 auf. Der eingangsseitige Gleichrich ter 1 ist mit einer eingangsseitigen Energieversorgung 2 ver bunden, beispielsweise einem üblichen dreiphasigen Drehstrom netz mit einer Nennspannung von beispielsweise 400 V oder von 690 V. Der Gleichrichter 1 ist in der Regel als ungesteuerter Gleichrichter ausgebildet, also als reiner

Diodengleichrichter. Prinzipiell kann der Gleichrichter 1 aber auch als gesteuerter, rückspeisefähiger Umrichter ausge bildet sein.

Über den eingangsseitigen Gleichrichter 1 ist ein Zwischen kreis 3 mit der Energieversorgung 2 verbunden. Der Zwischen kreis 3 weist unter anderem einen Zwischenkreiskondensator 4 auf. Somit ist auch der Zwischenkreiskondensator 4 über den eingangsseitigen Gleichrichter 1 mit der Energieversorgung 2 verbunden .

Der Zwischenkreisumrichter weist weiterhin einen ausgangssei tigen Wechselrichter 5 auf. Über den ausgangsseitigen Wech selrichter 5 sind der Zwischenkreis 3 und der Zwischenkreis kondensator 4 mit einer Last 6 verbunden, beispielsweise ei ner elektrischen Maschine.

In der Regel weist der Zwischenkreisumrichter weiterhin zwi schen dem eingangsseitigen Gleichrichter 1 und dem Zwischen kreiskondensator 4 eine Ladeschaltung auf, die aus einem Wi derstand und einem dem Widerstand parallel geschalteten

Schalter besteht. Beim Zuschalten der Energieversorgung 2 ist der Schalter zunächst geöffnet, so dass der Zwischenkreiskon densator 4 nur über den Widerstand und damit strombegrenzt geladen wird. Dadurch wird eine Überlastung des eingangssei tigen Gleichrichters 1 vermieden. Nach dem teilweisen oder vollständigen Laden des Zwischenkreiskondensators 4 wird der Schalter geschlossen, so dass der Zwischenkreiskondensator 4 nunmehr niederohmig mit dem eingangsseitigen Gleichrichter 1 verbunden ist. Die Ladeschaltung und der Betrieb der Lade schaltung sind Fachleuten allgemein bekannt. Sie sind im Rah men der vorliegenden Erfindung jedoch von untergeordneter Be deutung und daher in den FIG nicht dargestellt.

Der Zwischenkreis 3 weist im Betrieb ein erstes Potenzial Ql und ein zweites Potenzial Q2 auf. Die Differenz der Potenzia le Ql und Q2 entspricht der Zwischenkreisspannung U = Ql - Q2.

Der Zwischenkreisumrichter weist weiterhin einen ersten An schluss 7 und einen zweiten Anschluss 8 auf. Der erste An schluss 7 ist über eine erste Leitung 9 mit dem ersten Poten zial Ql des Zwischenkreises 3 verbunden. Der zweite Anschluss 8 ist über eine zweite Leitung 10 mit dem zweiten Potenzial Q2 des Zwischenkreises verbunden.

Die Verbindung des zweiten Anschlusses 8 mit dem zweiten Po tenzial Q2 kann in der grundlegenden Ausgestaltung gemäß FIG 1 direkt sein. In der ersten Leitung 9 ist jedoch ein erstes Schaltelement 11 angeordnet. Bei dem ersten Schaltelement 11 kann es sich beispielsweise um einen MOSFET handeln. Dem ers ten Schaltelement 11 ist eine erste Diode 12 parallel ge schaltet. Die erste Diode 12 ist derart geschaltet (gepolt), dass über die erste Diode 12 der Zwischenkreiskondensator 4 zwar geladen werden kann, nicht aber entladen werden kann. Wenn, wie in FIG 1 dargestellt, das erste Potenzial Ql größer als das zweite Potenzial Q2 ist, ist also die Kathode der ersten Diode 12 zum Zwischenkreis 3 hin angeordnet, die Anode zum ersten Anschluss 7 hin. Wenn das erste Schaltelement 11 geöffnet ist (so dass es also keinen Strom leiten kann) , kön nen von den Anschlüssen 7, 8 aus über die erste Diode 12 der

Zwischenkreis 3 mit ihm der Zwischenkreiskondensator 4 zwar geladen werden, nicht aber entladen. Die erste Diode 12 kann eine eigenständige Diode sein, also ein vom ersten Schaltele- ment 11 verschiedenes Bauelement. In der Regel handelt es sich bei der ersten Diode 12 jedoch um eine dem ersten

Schaltelement 11 intrinsische Diode.

Der Zwischenkreisumrichter weist weiterhin eine Steuerein richtung 13 auf, welche das erste Schaltelement 11 ansteuert. Je nach Ansteuerzustand ist das erste Schaltelement 11 entwe der völlig geöffnet bzw. gesperrt (kein Stromfluss ist mög lich) oder völlig geschlossen bzw. durchgeschaltet (Strom fluss ist möglich) . Im durchgeschalteten Zustand ist über das erste Schaltelement 11 zumindest ein Stromfluss dahingehend möglich, dass der Zwischenkreis 3 und mit ihm der Zwischen kreiskondensator 4 über das erste Schaltelement 11 entladen werden können. In manchen Ausgestaltungen des ersten Schalt elements 11 ist sogar ein Stromfluss in beide Richtungen mög lich.

Mittels eines Spannungsmessers 14 wird die im Zwischenkreis 3 herrschende Zwischenkreisspannung U erfasst. Der erfasste Spannungswert wird der Steuereinrichtung 13 zugeführt. Die Steuereinrichtung 13 steuert das erste Schaltelement 11 in Abhängigkeit von dem erfassten Spannungswert U an. Insbeson dere kann die Steuereinrichtung 13 den erfassten Spannungs wert U mit einem vorbestimmten Spannungswert UO vergleichen. Ist der erfasste Spannungswert U kleiner als der vorbestimmte Spannungswert UO, bleibt das erste Schaltelement 11 geöffnet bzw. gesperrt. Ist der erfasste Spannungswert U größer als der vorbestimmte Spannungswert UO, wird das erste Schaltele ment 11 temporär oder permanent geschlossen, bis der erfasste Spannungswert U wieder unter den vorbestimmten Spannungswert UO sinkt. Ein Ansteigen der Zwischenkreisspannung U kann ins besondere auftreten, wenn die Last 6 als elektrische Maschine ausgebildet ist, die temporär im generatorischen Betrieb ar beiten kann.

Der vorbestimmte Spannungswert U0 ist geeignet festgelegt. Er kann insbesondere geringfügig größer als die Nennspannung sein, die im Zwischenkreis 3 herrschen sollte. Insbesondere sollte der vorbestimmte Spannungswert UO derart bestimmt sein, dass das erste Schaltelement 11 beim Anschalten der Energieversorgung 2 an den Zwischenkreisumrichter, also beim Aufladen des Zwischenkreises 3 auf seine Nennspannung, geöff net bleibt. Dadurch wird erreicht, dass die über den ein gangsseitigen Gleichrichter 1 in den Zwischenkreis 3 einge speiste Energie nicht über die Anschlüsse 7, 8 anderen Ein richtungen zugeführt wird, die an die Anschlüsse 7, 8 ange schlossen sind, beispielsweise den Zwischenkreisen von ande ren Zwischenkreisumrichtern.

Zur Begrenzung des Stromanstiegs beim Schließen/Durchschalten des ersten Schaltelements 11 ist in der ersten Leitung 9 zwi schen dem ersten Schaltelement 11 und dem ersten Anschluss 7 eine erste Induktivität 15 angeordnet. Weiterhin weist der Zwischenkreisumrichter eine Freilaufdiode 16 auf, welche die erste und die zweite Leitung 9, 10 miteinander verbindet. Die Freilaufdiode 16 ist mit der ersten Leitung 9 an einem ersten Diodenknotenpunkt 17 verbunden, mit der zweiten Leitung 10 an einem zweiten Diodenknotenpunkt 18. Der erste

Diodenknotenpunkt 17 ist zwischen dem ersten Schaltelement 11 und der ersten Induktivität 15 angeordnet. Der zweite

Diodenknotenpunkt 18 kann prinzipiell an beliebiger Stelle mit der zweiten Leitung 10 verbunden sein.

In der Regel weist der Zwischenkreisumrichter einen zusätzli chen Kondensator 19 auf, der ebenfalls die erste und die zweite Leitung 9, 10 miteinander verbindet. Der zusätzliche Kondensator 19 ist mit der ersten Leitung 9 an einem ersten Kondensatorknotenpunkt 20 verbunden, mit der zweiten Leitung 10 an einem zweiten Kondensatorknotenpunkt 21. In diesem Fall ist der erste Kondensatorknotenpunkt 20 zwischen dem ersten Anschluss 7 und der ersten Induktivität 15 angeordnet. Der zweite Kondensatorknotenpunkt 21 ist in der Regel zwischen dem zweiten Anschluss 8 und dem zweiten Diodenknotenpunkt 18 angeordnet . Der Zwischenkreisumrichter kann weiterhin eine zweite Induk tivität (in FIG 1 nicht dargestellt) aufweisen. Wenn die zweite Induktivität vorhanden ist, ist sie in der zweiten Leitung 10 zwischen dem zweiten Anschluss 8 und dem zweiten Diodenknotenpunkt 18 angeordnet. Wenn die zweite Induktivität zusätzlich zu dem zusätzlichen Kondensator 19 vorhanden ist, ist sie in der zweiten Leitung 10 zwischen dem zweiten

Kondensatorknotenpunkt 21 und dem zweiten Diodenknotenpunkt

18 angeordnet.

Die erste Induktivität 15 und die Freilaufdiode 16 wirken - gegebenenfalls unterstützt durch den zusätzlichen Kondensator

19 und/oder die zweite Induktivität - mit dem ersten Schalt element 11 nach Art eines Schaltnetzteils zusammen. Wenn das erste Schaltelement 11 geschlossen wird, kann in der ersten Leitung 9 ein Strom I fließen. Der Strom I fließt in diesem Zustand über das erste Schaltelement 11. Aufgrund der ersten Induktivität 15 und gegebenenfalls auch der zweiten Indukti vität steigt der Strom I aber nicht abrupt, sondern nur all mählich an. Wenn umgekehrt das erste Schaltelement 11 geöff net wird, wird der Strom I durch die erste Induktivität 15 und gegebenenfalls auch die zweite Induktivität getrieben.

Der Strom I fällt also nicht abrupt, sondern nur allmählich ab. In diesem Zustand fließt der Strom I über die Freilaufdi ode 16.

Es ist im einfachsten Fall möglich, dass die Steuereinrich tung 13 die Ansteuerung des ersten Schaltelements 11 aus schließlich in Abhängigkeit von der im Zwischenkreis 3 herr schenden Zwischenkreisspannung U ermittelt und das erste Schaltelement 11 entsprechend ansteuert. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 13 permanent geöffnet halten, solange die Zwischenkreisspannung U unterhalb des vorbestimmten Span nungswertes U0 liegt. Sobald die Zwischenkreisspannung U den vorbestimmten Spannungswert U0 überschreitet, wird das

Schaltelement 11 jedoch mit einem festen Tastverhältnis V an gesteuert. Wenn das Tastverhältnis V unter 1 liegt, wird pe riodisch das Schaltelement 11 während erster Zeiten TI ge- schlossen und während zweiter Zeiten T2 geöffnet, wobei die Beziehung

V = TI/ (T1+T2 ) gilt. Wenn das Tastverhältnis V bei 1 liegt, bleibt das erste Schaltelement 11 permanent geschlossen. Ein Tastverhältnis V von 0 - das heißt das erste Schaltelement 11 bleibt permanent geöffnet - tritt nur auf, wenn die Zwischenkreisspannung U unterhalb des vorbestimmten Spannungswertes UO liegt.

Nachfolgend wird in Verbindung mit FIG 1 eine mögliche Ausge staltung erläutert, bei welcher die Steuereinrichtung 13 das erste Schaltelement 11 nicht nur in Abhängigkeit von der Zwi schenkreisspannung U ansteuert, sondern zusätzlich auch den in der ersten Leitung 9 fließenden Strom I berücksichtigt. In diesem Fall ist zusätzlich ein Strommesser 22 vorhanden. Der Strommesser 22 kann entsprechend der Darstellung in FIG 1 in der Nähe des ersten Anschlusses 7 in der ersten Leitung 9 an geordnet sein, insbesondere zwischen dem ersten

Kondensatorknotenpunkt 20 und dem ersten Anschluss 7. Der Strommesser 22 kann aber auch an anderer Stelle in der ersten Leitung 9 angeordnet sein, beispielsweise zwischen dem Zwi schenkreiskondensator 4 und dem ersten Schaltelement 11.

Ebenso kann der Strommesser 22 alternativ in der zweiten Lei tung 10 angeordnet sein.

Der Strommesser 22 erfasst den Strom I und führt einen ent sprechenden Messwert der Steuereinrichtung 13 zu. Die Steuer einrichtung 13 steuert in diesem Fall das erste Schaltelement 11 in Abhängigkeit von dem erfassten Spannungswert U und in Abhängigkeit von dem erfassten Stromwert I an. Der Spannungs wert U kann in diesem Fall beispielsweise (rein binär) dafür ausschlaggebend sein, ob das erste Schaltelement 11 überhaupt geschlossen wird. Insbesondere bleibt in diesem Fall das ers te Schaltelement 11 geöffnet bzw. gesperrt, wenn und solange der erfasste Spannungswert U kleiner als der vorbestimmte Spannungswert UO ist. Ist der erfasste Spannungswert U hinge- gen größer als der vorbestimmte Spannungswert UO, wird das erste Schaltelement 11 temporär geschlossen und wieder geöff net, bis der erfasste Spannungswert U wieder unter den vorbe stimmten Spannungswert UO sinkt. Insbesondere kann die Steu ereinrichtung 13 das erste Schaltelement 11 schließen und so dann geschlossen halten, bis der Strom I auf einen oberen Grenzwert angestiegen ist. Danach öffnet die Steuereinrich tung 13 das erste Schaltelement 11 und hält es sodann geöff net, bis der Strom I auf einen unteren Grenzwert abgesunken ist. Das Tastverhältnis V ist in diesem Fall somit nicht von vornherein bestimmt, sondern ergibt sich durch den Strom I.

Es ist auch möglich, dass die Steuereinrichtung 13 das erste Schaltelement 11 in Abhängigkeit vom Produkt der Zwischen kreisspannung U mit dem Strom I ansteuert. Insbesondere ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 13 das erste Schalt element 11 geöffnet bzw. gesperrt hält, wenn und solange der erfasste Spannungswert U kleiner als der vorbestimmte Span nungswert UO ist. Wenn hingegen der erfasste Spannungswert U größer als der vorbestimmte Spannungswert UO ist, wird das erste Schaltelement 11 temporär geschlossen und wieder geöff net, bis der erfasste Spannungswert U wieder unter den vorbe stimmten Spannungswert UO sinkt. Insbesondere kann die Steu ereinrichtung 13 das erste Schaltelement 11 schließen und so dann geschlossen halten, bis das Produkt der Zwischenkreis spannung U mit dem Strom I auf einen oberen Grenzwert ange stiegen ist. Danach öffnet die Steuereinrichtung 13 das erste Schaltelement 11 und hält es sodann geöffnet, bis das Produkt der Zwischenkreisspannung U mit dem Strom I auf einen unteren Grenzwert abgesunken ist. Das Tastverhältnis V ist somit auch in diesem Fall nicht von vornherein bestimmt, sondern ergibt sich durch das Produkt der Zwischenkreisspannung U mit dem Strom I .

Nachfolgend wird in Verbindung mit FIG 2 eine weitere Ausge staltung des Zwischenkreisumrichters erläutert. Die Ausge staltung gemäß FIG 2 baut auf der Ausgestaltung von FIG 1 auf. Die dortigen Elemente 1 bis 22 werden daher nicht noch mals erläutert.

Gemäß FIG 2 ist nicht nur in der ersten Leitung 9 das erste Schaltelement 11 angeordnet, sondern zusätzlich in der zwei ten Leitung 10 ein zweites Schaltelement 23 angeordnet. Bei dem zweiten Schaltelement 23 kann es sich analog zum ersten Schaltelement 11 beispielsweise um einen MOSFET handeln. Dem zweiten Schaltelement 23 ist analog zum ersten Schaltelement 11 eine zweite Diode 24 parallel geschaltet. Die zweite Diode 24 ist analog zur ersten Diode 12 derart geschaltet, dass über die zweite Diode 24 der Zwischenkreiskondensator 4 zwar geladen werden kann, nicht aber entladen werden kann.

Wenn, wie in FIG 2 (und auch in FIG 1) dargestellt, das erste Potenzial Ql größer als das zweite Potenzial Q2 ist, ist also die Anode der zweiten Diode 24 zum Zwischenkreis 3 hin ange ordnet, die Kathode zum zweiten Anschluss 8 hin. Wenn das zweite Schaltelement 23 geöffnet ist, können somit von den Anschlüssen 7, 8 aus über die zweite Diode 24 der Zwischen kreis 3 mit ihm der Zwischenkreiskondensator 4 zwar geladen werden, nicht aber entladen. Die zweite Diode 24 kann eine eigenständige Diode sein, also ein vom zweiten Schaltelement 23 verschiedenes Bauelement. In der Regel handelt es sich bei der zweiten Diode 24 jedoch - analog zur ersten Diode 12 - um eine dem zweiten Schaltelement 23 intrinsische Diode. Der zweite Diodenknotenpunkt 18 ist im Falle der Ausgestaltung gemäß FIG 3 zwischen dem zweiten Anschluss 8 und dem zweiten Schaltelement 23 mit der zweiten Leitung 10 verbunden. Falls der zusätzliche Kondensator 19 vorhanden ist, ist weiterhin vorzugsweise der zweite Kondensatorknotenpunkt 21 zwischen dem zweiten Anschluss 8 und dem zweiten Diodenknotenpunkt 18 angeordnet .

Vorzugsweise - dies ist aber nicht zwingend - ist weiterhin in der zweiten Leitung 10 eine zweite Induktivität 25 ange ordnet. Die zweite Induktivität 25 ist in diesem Fall zwi schen dem zweiten Diodenknotenpunkt 18 und dem zweiten An- Schluss angeordnet. Falls zusätzlich auch der zusätzliche Kondensator 19 vorhanden ist, ist der zweite

Kondensatorknotenpunkt 21 zwischen dem zweiten Anschluss 8 und der zweiten Induktivität 25 angeordnet.

Im Falle des Vorhandenseins des zweiten Schaltelements 23 steuert die Steuereinrichtung 13 zusätzlich zum ersten

Schaltelement 11 auch das zweite Schaltelement 23 in Abhän gigkeit von der Zwischenkreisspannung U an. Vorzugsweise er folgt hierbei eine gleichartige Ansteuerung. Zu jedem Zeit punkt, zu dem die Steuereinrichtung 13 das erste Schaltele ment 11 durchschaltet, schaltet sie also vorzugsweise auch das zweite Schaltelement 23 durch. Ebenso sperrt die Steuer einrichtung 13 vorzugsweise zu jedem Zeitpunkt, zu dem sie das erste Schaltelement 11 sperrt, auch das zweite Schaltele ment 23. Im übrigen gelten die obigen Ausführungen zu FIG 1. Es ist also sowohl eine Ansteuerung des zweiten Schaltele ments 23 ausschließlich in Abhängigkeit von der Zwischen kreisspannung U als auch eine Ansteuerung in Abhängigkeit von sowohl der Zwischenkreisspannung U als auch dem Strom I mög lich, auch in Abhängigkeit vom Produkt von Zwischenkreisspan nung U und Strom I .

Entsprechend der Darstellung in FIG 3 sind mehrere Zwischen kreisumrichter vorhanden. Die Zwischenkreisumrichter sind in FIG 3 nur schematisch dargestellt. Sie sind insbesondere so ausgestaltet, wie dies obenstehend in Verbindung mit den FIG 1 und 2 erläutert wurde. Die Zwischenkreisumrichter müssen nicht gleichartig ausgestaltet sein. Es ist möglich, dass die Zwischenkreisumrichter verschiedene Ausgestaltungen der vor liegenden Erfindung implementieren.

In FIG 3 sind rein beispielhaft drei Zwischenkreisumrichter dargestellt, die mit den Bezugszeichen 26, 27 und 28 versehen sind. Es könnten aber auch nur zwei oder umgekehrt mehr als drei Zwischenkreisumrichter vorhanden sein. Gemäß FIG 3 sind die ersten Anschlüsse 7 der Zwischenkreisumrichter 26, 27, 28 miteinander verbunden. Ebenso sind auch die zweiten Anschlüs- se 8 der Zwischenkreisumrichter 26, 27, 28 miteinander ver bunden. Dadurch kann in dem Fall, dass in einem der Zwischen kreisumrichter 26, 27, 28 - beispielsweise im Zwischenkreis umrichter 26 - aufgrund einer Rückspeisung durch die dortige Last 6 die dortige Zwischenkreisspannung U ansteigt, durch entsprechende Ansteuerung der Schaltelemente 11, 23 dieses Zwischenkreisumrichters aus dem Zwischenkreis 3 dieses Zwi schenkreisumrichters Energie entnommen und den Zwischenkrei sen 3 der anderen Zwischenkreisumrichter - beispielsweise den Zwischenkreisen 3 der Zwischenkreisumrichter 27 und 28 - zu geführt werden.

Zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung somit fol genden Sachverhalt:

Zwischenkreisumrichter weisen Zwischenkreise 3 mit Zwischen kreiskondensatoren 4 auf, die über Gleichrichter 1 mit einer Energieversorgung 2 und über Wechselrichter 5 mit Lasten 6 verbunden sind. Die Zwischenkreisumrichter weisen zwei An schlüsse 7, 8 auf, die über Leitungen 9, 10 mit den Potenzia len Ql, Q2 der Zwischenkreise 3 verbunden sind. In je einer der Leitungen 9 ist ein Schaltelement 11 angeordnet, dem eine Diode 12 parallel geschaltet ist. Dadurch können bei geöffne ten Schaltelementen 11 die Zwischenkreiskondensatoren 4 über die Dioden 12 zwar geladen werden, nicht aber entladen. Bei geschlossenen Schaltelementen 11 können die Zwischenkreiskon densatoren 4 über die Schaltelemente 11 zumindest entladen werden. Die Zwischenkreisumrichter weisen Steuereinrichtungen 13 auf, welche die Schaltelemente 11 in Abhängigkeit von den Zwischenkreisspannungen U ansteuern. In den Leitungen 9 sind zwischen den Schaltelementen 11 und den Anschlüssen 7 Induk tivitäten 15 angeordnet. Die Zwischenkreisumrichter weisen Freilaufdioden 16 auf, welche die Leitungen 9, 10 miteinander verbinden. Diodenknotenpunkte 20, an denen die Freilaufdioden 16 mit der jeweils einen Leitung 9 verbunden sind, sind zwi schen den Schaltelementen 11 und den Induktivitäten 15 ange ordnet. Gleichartige Anschlüsse der Zwischenkreisumrichter sind miteinander verbunden. Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbeson dere werden mehrere, über ihre Anschlüsse 7, 8 miteinander verbundenen Zwischenkreisumrichter 26, 27, 28 im Normalbe trieb unabhängig voneinander betrieben. Der Normalbetrieb um fasst das Anschalten an die Energieversorgung 2, die kontinu ierliche Speisung über die Energieversorgung 2 und auch das erneute Anschalten der Energieversorgung, beispielsweise nach einer Kurzzeitunterbrechung. Auch bei stark unterschiedlichen Belastungen und auch beim Auftreten eines Kurzschluss fließen keine Ausgleichsströme zwischen den Zwischenkreisumrichtern 26, 27, 28. Die thermische Belastung der verwendeten Kompo nenten der Zwischenkreisumrichter 26, 27, 28 kann reduziert werden und so die Lebensdauer der Komponenten erhöht werden. Eine Kopplung der Zwischenkreisumrichter 26, 27, 28 erfolgt nur dann, wenn in einem der Zwischenkreisumrichter 26, 27, 28 eine überhöhte Zwischenkreisspannung U auftritt. In diesem Fall muss überschüssige Energie nicht in Wärme umgesetzt wer den, sondern kann einem der anderen Zwischenkreisumrichter 26, 27, 28 zugeführt und dort genutzt werden. Die Zwischen kreisumrichter 26, 27, 28 können unabhängig voneinander di mensioniert und ausgelegt werden. Eine Überdimensionierung ist nicht mehr erforderlich. Die Charakteristika der Steuer einrichtung 13 des jeweiligen Zwischenkreisumrichters 26, 27, 28 kann individuell und sehr flexibel an die Einsatzbedingun gen und auch an die Leistungsfähigkeit der Schalter 11, 23 angepasst werden.

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 .