[发明专利]具有直流中间电路的转换器电路结构

说明书

本发明涉及电力电子学领域。它是基于第一项权利要求前序部分中所述的转换器电路结构。

例如，在欧洲专利申请EP0682402和EP0758161以及德国公开说明书DE19607201 A1中描述了这种类型的转换器电路结构。这种转换器电路结构具有第一转换器，该转换器最好通过变压器连接到三相电压供电网中。第一转换器将交流电压转换成直流电压，但同时也允许功率在两个方向上流动。直流电压为实质上由电容器组形成的直流中间电路供电。直流中间电路被连接到驱动负载(例如电动机)的第二转换器上。特别地，这种电动机是旋转场式电机。现在，具有直流中间电路(U转换器)的频率转换器通常用于驱动旋转场式电机。由于其操作原理，除所需要的平衡的三相电压外，这种转换器还总是产生不需要的、却不可避免的、不平衡的所谓共模电压。这种共模电压产生接地电流，这主要是由转换器和地(主要由屏蔽电缆所致)之间的寄生电容不断被共模电压充电和放电的事实造成的。接地电流路路径形成为：转换器-接地点-接地导体系统-寄生接地电容-转换器。现代系统都设计成使损耗尽可能低。因此，这当然也应用于接地电流并在接地电流路线中导致受激振荡，电流达到相当大的振幅。这代表在转换器部件上有很大的额外负载。而且，接地电流的尖峰脉冲叠加在平衡电流上触发过载电流保护阈值。为避免这种情况，全部转换器不得不高度地过设计。过去，由于半导体开关的切换非常慢，所以这还不是问题，因此额外的损耗比较少。然而，这个问题已随着开关频率及开关侧面梯度的增加而变得严重。因此，由于现在高频率开关是可能的，所以需要采取技术措施来衰减共模电压。为此，在DE19607201 A1中，一种干扰保护滤波器被引入中间电路中。该滤波器包括变压器和一组滤波电容器。变压器的一个绕组被连接在中间电路的正路径中，另一个被连接到中间电路的负路径中，以使不平衡的接地电流磁化变压器铁芯并由此减小接地电流。

所述转换器结构特别适用于低压范围内，即额定电压低于1kV。其缺点在于，它不可能驱动所有类型的旋转场式电机：在第二转换器中的开关过程导致电动机接线端的非正弦电压，由于通过滤波电容器的电容性接地，共模电压在电动机和地之间导致电压尖峰脉冲。因此，需要设计可以使用非正弦电压的更为复杂的电动机。

因此，本发明的目的之一是提供一种新型的转换器电路结构，该转换器电路结构可使为诸如需要正弦端电压的那些标准电动机供电成为可能。而且，希望能在中压和高压范围内使用该电路。这个目的可通过具有独立权利要求中特征的转换器电路结构来实现。

根据本发明，这个目的可通过具有接地星形点(star point)的滤波器来实现，该滤波器连接在第二转换器和负载之间。这可导致正弦电压加在负载两端，并允许为任何所需的旋转场式电机供电。

因此，由于不需替换已有电机，所以根据本发明的转换器结构也可用于改进已有系统。这种转换器系统的附属物节省了大量能量，原因例如可以变速进行驱动。

具有至少两个绕组的变压器布置在中间电路中。一个绕组连接在正路径中，另一个连接在负路径中。这些绕组彼此磁耦合且并联连接。这个措施仅对在两个绕组中沿相同方向流动的不需要的、不平衡的电流分量有影响。因此，变压器的铁芯被磁化，共模电流减少。需要的、平衡的电流分量几乎不受影响，这个电流分量是指在一个绕组中沿一个方向流动，在另一个绕组中沿相反方向流动的电流分量。

变压器也可以连接到电源和第一转换器之间的电流路径中，或连接在第二转换器和负载之间的电流路径上。

在最佳示范性实施例中，变压器可设计得更经济，这可以通过设有第三绕组来加以区别，第三绕组同样与前两个绕组机械耦合并与衰减电阻相连接。由此在第三绕组中由共模电流产生的电压在前述电阻中被被耗散。

其他有利的实施例来自于相应的从属权利要求。

通过参考对下述参考附图的详细描述，可更完整地理解本发明及其优点，附图中：

图1所示为最佳示范性实施例的示意图。

图2所示为第二个实施例的示意图。

图3所示为第三个实施例的示意图。

附图中所用的标记及其含义列于标记表中。