Frequenzumrichter mit vereinfachter Vorladeschaltung

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 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 sind mehrere Frequenzumrichter der eingangs genannten Art bekannt. Bei einem dieser Frequenzum richter sind die netzseitigen Phasen weiterhin über einen je weiligen Schalter unmittelbar mit jeweils derselben eingangs seitigen Phase verbunden sind, so dass die netzseitigen Pha sen bei geschlossenen Schaltern mit denselben eingangsseiti gen Phasen kurzgeschlossen sind und die Phasenkondensatoren daher überbrückt und somit inaktiv sind. Bei einem anderen dieser Frequenzumrichter sind zum einen in den Leitungspfa den, in denen die Schalter angeordnet sind, weitere Kondensa toren angeordnet. Weiterhin sind in den Leitungspfaden, in denen die Phasenkondensatoren angeordnet sind, weitere Schal ter angeordnet. Die weiteren Schalter werden geöffnet, wenn die erstgenannten Schalter geschlossen werden und umgekehrt.

Die aus der EP 2 533 409 Al bekannten Frequenzumrichter sind 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. 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 zwar sowohl die Filterfunktion als auch die Strombegrenzung beim Vorladen realisiert sind, die zugehörige Vorschaltung aber einfach und kostengünstig realisierbar ist.

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 6.

Erfindungsgemäß wird ein Frequenzumrichter der eingangs ge nannten Art dadurch ausgestaltet,

- dass die netzseitigen Phasen innerhalb der Vorschaltung weiterhin über einen jeweiligen Schalter unmittelbar mit jeweils 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 der Frequenzumrichter eine Steuereinrichtung aufweist, welche die Schalter beim Vorladen des Stützkondensators ge öffnet hält und bei Erreichen eines vorbestimmten ersten Ladezustands des Stützkondensators schließt.

Dadurch kann erreicht werden, dass ein und dieselben Konden satoren - 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. Bei einem ungesteuerten Gleichrichter sind sowieso keine Maßnah men erforderlich. Bei einem gesteuerten Gleichrichter (also einem Gleichrichter, bei dem die Halbbrücken aktive Schalt elemente aufweisen) kann die Ansteuerung der aktiven Schalt elemente auf einfache Weise durch die Steuereinrichtung ent sprechend angepasst werden. Insbesondere muss lediglich die Zuordnung der einzelnen Steuersignale zu den aktiven Schalt elementen angepasst werden. Die Ansteuerung als solche kann unverändert erhalten bleiben.

Vorzugsweise weist die Vorschaltung in Leitungen zu den netz seitigen Phasen und/oder zu den eingangsseitigen Phasen hin Induktivitäten auf. Durch diese Ausgestaltung kann eine be sonders 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. Vorzugsweise weisen die Halbbrücken aktive Schaltelemente auf, so dass der Gleichrichter als rückspeisefähiger Umrich ter ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung weist insbesondere energietechnische Vorteile auf. Weiterhin bieten sich dadurch weitere Vorteile.

Beispielsweise ist es in diesem Fall möglich, dass die Steu ereinrichtung bei Erreichen des vorbestimmten ersten Ladezu stands

- 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 kön nen, deutlich zu reduzieren.

Weiterhin ist es im Falle aktiver Schaltelemente möglich, dass die Steuereinrichtung ab Erreichen eines zweiten Ladezu stands des Stützkondensators, der während des Vorladens des Stützkondensators vor dem ersten Ladezustand angenommen wird, die aktiven Schaltelemente derart ansteuert, dass über die aktiven Schaltelemente an die eingangsseitigen Phasen ein gangsseitige Phasenspannungen angelegt werden, gegenläufig zu denjenigen netzseitigen Phasenspannungen verlaufen, die an denjenigen netzseitigen Phasen anliegen, mit der die ein gangsseitigen Phasen über die Phasenkondensatoren verbunden sind. Durch diese Ausgestaltung kann die Vorladezeit deutlich reduziert werden.

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. Vorzugsweise weisen sie weiterhin den Dioden 7 parallel ge schaltete aktive Schaltelemente 8 auf. Die Schaltelemente 8 sind, sofern sie vorhanden sind, elektronische Halbleiter schalter, beispielsweise MOSFETs. Aufgrund der aktiven

Schaltelemente 8 ist der Gleichrichter 1 rückspeisefähig. Sie werden, sofern sie vorhanden sind, über entsprechende Steuer signale CI bis C6 angesteuert. Falls die aktiven Schaltele mente 8 vorhanden sind, ist es möglich, dass die Dioden 7 ei- genständige Bauteile sind. Alternativ ist es möglich, dass die Dioden 7 integrierte Bestandteile der aktiven Schaltele mente 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. Die Kondensatoren 9 werden nachfol gend zur sprachlichen Unterscheidung vom Stützkondensator 3 als Phasenkondensatoren 9 bezeichnet.

Weiterhin sind die netzseitigen Phasen LI, L2, L3 innerhalb der Vorschaltung 4 über einen jeweiligen Schalter 10 mit je weils einer anderen der eingangsseitigen Phasen U, V, W ver bunden. Konkret ist über jeweils einen der Schalter 10 die netzseitige Phase LI mit der eingangsseitigen Phase V verbun den, die netzseitige Phase L2 mit der eingangsseitigen Phase W und die netzseitige Phase L3 mit der eingangsseitigen Phase U. Die Verbindung der netzseitigen Phase LI mit der eingangs seitigen Phase V, der netzseitigen Phase L2 mit der eingangs seitigen Phase W und der netzseitigen Phase L3 mit der ein gangsseitigen Phase U ist unmittelbar. Wenn die Schalter 10 geschlossen sind, sind die netzseitigen Phasen LI, L2, L3 mit den eingangsseitigen Phasen U, V, W also kurzgeschlossen. Die Phasenkondensatoren 9 verbinden in diesem Fall jeweils zwei netzseitige Phasen LI, L2, L3 bzw. zwei eingangsseitige Pha sen U, V, W miteinander. Insbesondere werden 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, so fern erforderlich, die Steuersignale CI bis C6. Die Steuer einrichtung 11 hält 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. Bei Erreichen eines vorbestimmten Ladezustands ZI - nachfolgend als erster Ladezustand ZI bezeichnet - schließt die Steuereinrichtung 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 Frequenzumrichters. Im Normalbetrieb wird von der Steuerein richtung 11 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 erste Ladezustand ZI 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 nicht nur die grundsätzliche Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dargestellt, sondern zusätzlich auch eine Reihe von vorteil haften Ausgestaltungen. Insbesondere kann die Vorschaltung 4 in Leitungen 14 zu den netzseitigen Phasen LI, L2, L3 hin In- duktivitäten 15 aufweisen. Falls die Induktivitäten 15 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 aus dem Versorgungsnetz 5 eingespeisten Phasenströmen II, 12, 13 (netzseitige Phasen ströme II, 12, 13) durchflossen werden. Alternativ oder zu sätzlich kann die Vorschaltung 4 in den Leitungen 14 zu den eingangsseitigen Phasen U, V, W hin Induktivitäten 16 aufwei sen. Falls die Induktivitäten 16 vorhanden sind, sind sie in den Leitungen 14 vorzugsweise derart angeordnet, dass sie so wohl bei geöffneten als auch bei geschlossenen Schaltern 10 von den über die Halbbrücken 6 fließenden Phasenströmen IU,

IV, IW (eingangsseitige Phasenströme IU, IV, IW) durchflossen werden. Knotenpunkte 17, 18, an welchen die Schalter 10 an die Leitungen 14 angeschlossen sind, sind also zwischen den Phasenkondensatoren 9 und den Induktivitäten 15, 16 angeord net .

Die Betriebsweise des Frequenzumrichters wird nachstehend in Verbindung mit FIG 3 nochmals erläutert. In diesem Zusammen hang werden weiterhin zwei weitere vorteilhafte Ausgestaltun gen erläutert. Diese Ausgestaltungen sind zum einen unabhän gig voneinander realisierbar. Zum anderen sind sie auch unab hängig davon realisierbar, ob in den Leitungen 14 Induktivi täten 15, 16 angeordnet sind oder nicht. Sie setzen jedoch beide voraus, dass die aktiven Schaltelemente 8 vorhanden sind .

Noch vor der prinzipiellen erfindungsgemäßen Gestaltung wird nachstehend die erste der beiden vorteilhaften Ausgestaltun gen erläutert. Dies geschieht, weil sie bei der zeitlichen Abfolge der ergriffenen Maßnahmen zuerst ausgeführt wird.

Im Rahmen dieser vorteilhaften Ausgestaltung prüft die Steu ereinrichtung 11 gemäß FIG 3 beim Anschalten des Gleichrich ters 1 an das Versorgungsnetz 5 in einem Schritt Sl, ob der Stützkondensator 3 einen Ladezustand Z2 erreicht, nachfolgend als zweiter Ladezustand Z2 bezeichnet. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 11 im Schritt S1 prüfen, ob die Stützspan nung UZK einen geeigneten, vorbestimmten Wert erreicht oder überschreitet, beispielsweise einen Wert zwischen 30 % und 70 %, insbesondere 40 % bis 60 %, des Sollwertes.

Solange dies nicht der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 4 über einen Schritt S2 zum Schritt S1 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 zweiten Ladezustand Z2 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 .

Nunmehr wird die prinzipielle erfindungsgemäße Gestaltung und in Verbindung damit die zweite der beiden vorteilhaften Aus gestaltungen erläutert. Dies geschieht in Kombination, weil die zweite der beiden vorteilhaften Ausgestaltungen Maßnahmen betrifft, die bei Erreichen des ersten Ladezustands ZI unmit telbar vor dem Schließen der Schalter 10 ergriffen werden.

Während des Vorladens des Stützkondensators 3 wird der zweite Ladezustand Z2 vor dem ersten Ladezustand ZI angenommen. Die Steuereinrichtung 11 prüft daher in einem Schritt S4, ob der Stützkondensator 3 den ersten Ladezustand ZI erreicht. Insbe sondere kann die Steuereinrichtung 11 im Schritt S4 prüfen, ob die Stützspannung UZK einen geeigneten, vorbestimmten Wert erreicht oder überschreitet. Dieser Wert muss größer als der jenige Wert sein, der für den zweiten Ladezustand Z2 verwen det wird.

Solange dies nicht der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 4 zum Schritt S3 zurück. Anderenfalls geht sie zu einem Schritt S5 über. Im Schritt S5 steuert die Steuereinrichtung 11 die aktiven Schaltelemente 8 für die Phase U derart an, dass über die zugehörigen aktiven Schaltelemente 8 an die eingangssei tige Phase U eine eingangsseitige Phasenspannung UU angelegt wird, die in Amplitude und Phase mit der netzseitigen Phasen spannung Ul korrespondiert. FIG 4 zeigt in ihrem rechten Be reich den zugehörigen Verlauf der Phasenspannung Ul und der Phasenspannung UU als Funktion der Zeit t. FIG 5 zeigt in ih rem linken Bereich ebenfalls den zugehörigen Verlauf der Pha- senspannung 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 eingangsseitigen Phasen U, V, W sind über eine Vorschaltung 4 mit netzseitigen Phasen LI, L2, L3 eines mehr phasigen Versorgungsnetzes 5 verbunden. Die netzseitigen Pha sen LI, L2, L3 sind innerhalb der Vorschaltung 4 über einen jeweiligen Phasenkondensator 9 mit jeweils einer der ein gangsseitigen Phasen U, V, W verbunden. Die netzseitigen Pha sen LI, L2, L3 sind innerhalb der Vorschaltung 4 weiterhin über einen jeweiligen Schalter 10 unmittelbar mit jeweils ei ner anderen der eingangsseitigen Phasen U, V, W verbunden, so dass die netzseitigen Phasen LI, L2, L3 bei geschlossenen Schaltern 10 mit den eingangsseitigen Phasen U, V, W kurzge schlossen sind und die Phasenkondensatoren 9 jeweils zwei netzseitige Phasen LI, L2, L3 bzw. zwei eingangsseitige Pha sen U, V, W miteinander verbinden. Der Frequenzumrichter weist eine Steuereinrichtung 11 auf, welche die Schalter 10 beim Vorladen des Stützkondensators 3 geöffnet hält und bei Erreichen eines vorbestimmten Ladezustands ZI des Stützkon densators 3 schließt.

Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbeson dere ist nicht nur ein verlustarmes Vorladen des Stützkonden sators 3 möglich, sondern vereinfacht sich auch die Vorschal tung 4 erheblich. Insbesondere können gegenüber dem Stand der Technik dort erforderliche Vorladewiderstände und Vorladekon densatoren eingespart werden. Der erfindungsgemäße Frequenz umrichter kann daher erheblich kostengünstiger als Frequenz umrichter des Standes der Technik realisiert werden. Insbe sondere die Kosten der Vorschaltung 4 können gegenüber dem Stand der Technik um mehr als 50 % reduziert werden. Die für die Phasenkondensatoren 9 erforderlichen Kapazitätswerte kön nen 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 .