AT505460A1 - Aktive netzfilter - Google Patents

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AT505460A1
AT505460A1 AT0106007A AT10602007A AT505460A1 AT 505460 A1 AT505460 A1 AT 505460A1 AT 0106007 A AT0106007 A AT 0106007A AT 10602007 A AT10602007 A AT 10602007A AT 505460 A1 AT505460 A1 AT 505460A1
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Description


  Aktive Netzfilter
Die Erfindung betrifft Filterschaltungen zur Umformung von n, wobei gilt n >= 1 , ersten bipolaren Spannungen (Uu,Un,.U ,..Ul[pi]) in n zweite bipolare Spannungen (U2U22,.U2i,..U2n) mit Hilfe von n spannungsbidirektionalen Schalterpaaren (Sn,S2l,S12,S22,..Su,S2l,Sln,S2n), sowie n ersten
Kondensatoren (Cn,C12,...C1,,...Cln) und/oder n zweiten Kondensatoren (C21,C22,...C2l,...C2n) und n ersten Spulen (Lu,L[lambda]2,..L ,..LXn) und/oder n zweiten Spulen (Lzx,LZ2,..2i,..2n).
Störungen in der Energieversorgung können zu Systemstörungen im Verbraucher führen, ebenso können die Verbraucher auf das Energieversorgungsnetz rückwirken. Daher werden zur Entkopplung Filter verwendet. Passive Filter aus Spulen und Kondensatoren sind schaltungstechnisch zwar einfach, aber gross und schwer.

   Aktive Filter, realisiert mit Halbleiterschaltern, können hier zu kompakteren Lösungen führen und zusätzlich eine Beeinflussung des Leistungsflusses ermöglichen. Bei den im Weiteren dargestellten Schaltungstopologien für aktive Filter wird durch die Verwendung von Speicherelementen im Konverter auch eine kurzfristige Stützung des Netzes erzielt. Netzeinbrüche können so überbrückt werden. Länger andauernde Absenkungen der Eingangsspannung können bei einer Reihe der hier vorgestellten Topologien problemlos nur durch eine Veränderung der Einschaltzeit und/oder der Schaltfrequenz der Halbleiterschalter aus Sicht der Last behoben werden. Weiters wird es ermöglicht, die Lastspannung gegenüber der Eingangspannung abzusenken, um so ganz bewusst die Last mit niedrigerer Versorgungsspannung zu betreiben. Das kann sich vorteilhaft auf die Kosten des Energieverbrauchs auswirken.

   Es wird in Zukunft immer wichtiger werden möglichst geringe Spitzenleistung aus dem Netz zu entnehmen, da mit zunehmender Spitzenleistung die Kosten pro kWh ansteigen. Ein aktives Energiemanagement kann hier Abhilfe bieten. So kann man z.B. die Spannung für Gebläse von Klimaanlagen während Zeiten des Spitzenverbrauchs absenken.
Das Problem wird erfindungsgemäss so gelöst, dass pro Phase zwei spannungsbidirektionale Schalter (Sh.S^.

   ) in Serie geschaltet sind und komplementär angesteuert werden, oder nach dem
Abschalten des ersten spannungsbidirektionalen Schalters ( 51() der zweite spannungsbidirektionale
Schalter (5^ ) so lange eingeschaltet bleibt bis der Strom durch ihn null wird, und an den ersten
Anschluss des jeweils ersten Schalters des Schalte[phi]aares eine Klemme der ersten oder zweiten Spannung oder ein passives Bauelement geschaltet ist, der zweite Anschluss des jeweils ersten Schalters des Schalte[phi]aares mit dem ersten Anschluss des jeweils zweiten Schalters des
T05/fh/6.7.2007/10.7.2007 1 Schalte[phi]aares und mit einer Klemme der ersten und/oder zweiten Spannung oder einem passiven Bauelement verbunden ist und der jeweils zweite Anschluss des zweiten Schalters des Schalte[phi]aares mit einer Klemme der ersten und/oder zweiten Spannung oder mit einem passiven Bauelement verbunden ist,

   wobei die Ansteuersignale für die spannungsbidirektionalen Schalter (Sj,.,..^. ) durch eine Steuerschaltung, bzw. eine kombinierte Steuer/Regelschaltung gewonnen werden und das Sollwertsignal der Ausgangsspannung mithilfe einer PLL aus dem Eingangssignal abgeleitet wird, daraus entsprechend dem der verwendeten Topologie des aktiven Filters zugrunde liegenden Steuergesetz die erforderlichen Einschaltzeiten der spannungsbidirektionalen Schalter (Sy^z ) berechnet werden und für die Erzeugung von sehr genauen Ausgangsspannungen zusätzlich noch in bekannter Weise eine Regelung überlagert ist.
Die hier vorgestellten Schaltungstopologien für aktive Netzfilter zur Versorgung von kritischen (empfindlichen)

   Lasten können auch als Stellglieder für die Spannungsregulierung von Wechselund Drehstromnetzen und als Stellglieder für das aktive Energiemanagement verwendet werden.
Die folgende Beschreibung geht von einem aktiven Einphasenfilter aus. Meh[phi]hasige Systeme
funktionieren analog. Betrachten wir die Eingangsspannung u (t) = Ux' cos [omega]t , so ergibt sich je nach Filtertyp die folgende Ausgangsspannung
Typ l:2(t) = U -d(t) - cos cot ,
<[Lambda]>1 Typ 2: u2{t) = U -- - --coscot , \ -d f)
<[Lambda]>d{t)
Typ 3: u, f) = U, cos[omega]t .
<2>' \-dif)
Dabei stellt d(t) die Einschaltdauer eines der spannungsbidirektionalen Schalter in Bezug auf die Periodendauer der Schaltfrequenz dar.

   Es kann dabei angenommen werden, dass d(t) sich auf den ersten, d (t) = 1 - d (t) auf den zweiten Schalter bezieht.
Das Filter funktioniert nun auf folgende Weise: Mit einem Spannungsteiler oder einem kleinen Spannungswandler wird ein Abbild der Eingangsspannung gebildet und als Eingangssignal an eine phasengekoppelte Schleife (PLL) gelegt. Dadurch wird eine netzsynchrone Sinusspannung erzeugt, die ohne alle Eindellungen, Hacker und Verzerrungen ist. Die gewünschte Ausgangsspannungsamplitude wird nun diesem Signal aufgeprägt. Dies geschieht mathematisch mittels einer Multiplikation. Dieses so entstandene Sollsignal
T05/fh/6.7.2007/10.7.2007 2 U2.sn,j.<t)=U2- cost ist netzsynchron und hat dieselbe Frequenz wie die Netzspannung. Damit lässt sich das erforderliche Steuergesetz, je nach Filtertyp, bei beliebiger Eingangsspannung bestimmen.

   Es ergibt sich für
Typl: d(t)=U2cos[omega]t u[Lambda]t)
Typ 2: d(t) _ =
_<u>22<u>U2- os[omega]t -u[Lambda]t)
U2- o [omega]t r Tryp 3 n: dJ<(t[Lambda]) = - - U2-cos [omega]t .
U2- os cot + u {t)
Das hier dargestellte Steuergesetz geht von Schaltungsstrukturen aus, deren Parasitäten vernachlässigt sind. Eine genaue Modellbildung der aktiven Filter liefert natürlich ein genaueres Steuergesetz. Zur Beschreibung der Funktionsweise ist das nicht erforderlich. Es sei aber betont, dass diese Steuergesetze problemlos hergeleitet werden können. Man kann aber auch vom vereinfachten (idealisierten) Steuergesetz ausgehen und das erforderliche Tastverhältnis dadurch bestimmen, dass der Fehler, den die Steuerung verursacht, mit einer Regelung ausgeglichen wird.

   Dies ist auch bei einer genaueren Modellbildung, wenn eine sehr genaue Ausgangsspannung erforderlich ist, sinnvoll, um die Ungenauigkeiten bei der Erfassung der Modellparameter, insbesondere deren Temperaturabhängigkeit, auszugleichen. Obwohl das Netz verzerrt sein kann, erhält man nun am Ausgang eine schöne harmonische Spannung mit der gewünschten Amplitude. Die Schaltfrequenz muss natürlich deutlich über Netzfrequenz liegen.
Das Grundkonzept des Leistungsteils des neuen aktiven Filters lässt sich folgender Massen beschreiben.

   Alle hier vorgestellten Filterschaltungen dienen zur Umformung von n, wobei gilt n >1 , ersten bipolaren Spannungen (Ux,UX2,.UXl,..UX[pi]) in n zweite bipolare Spannungen
(U2x,U22,.U2l,..U2n) mit Hilfe von n spannungsbidirektionalen Schalte[phi]aaren
(Sxx,S2X,Sx2,S2z,...SXl,S2l,SXn,S2n), sowie n ersten Kondensatoren (Cxx,CX2,...CXl,...Cx" ) und/oder n zweiten Kondensatoren (C21,C22,...C2l,...C2[Lambda]) und n ersten Spulen (Lx,LX2,..LXl,..LXn) und/oder n zweiten Spulen (L2,L22,..L2l,..L2n). Wesentlich dabei ist, dass pro Phase zwei
T05/fh/6.7.2007/10.7.2007 <[phi]>[phi] [phi][phi] [phi] spannungsbidirektionale Schalter (SXl,S2l) in Serie geschaltet sind und komplementär angesteuert werden (push-pull Betrieb, dadurch gibt es immer einen Strompfad für die Induktivitäten).

   Zusätzlich wird an den ersten Anschluss des jeweils ersten Schalters des Schalte[phi]aares eine Klemme der ersten oder zweiten Spannung oder ein passives Bauelement geschaltet. Der zweite Anschluss des jeweils ersten Schalters des Schalte[phi]aares wird mit dem ersten Anschluss des jeweils zweiten Schalters des Schalte[phi]aares und mit einer Klemme der ersten und/oder zweiten Spannung oder einem passiven Bauelement verbunden. Zusätzlich wird der jeweils zweite Anschluss des zweiten Schalters des Schalte[phi]aares mit einer Klemme der ersten und/oder zweiten Spannung oder mit einem passiven Bauelement verbunden.
Um störende Induktivitäten in den Zuleitungen in der Wirkung zu entschärfen, kann man zwischen den Anschlussklemmen der ersten Spannungen (UXl) Kondensatoren schalten.
Figur 1 zeigt das Grundkonzept.

   Die Figuren 2 bis 11 zeigen die grundlegenden Ausformungen der Erfindung. Sie sind immer dreiphasig dargestellt und einphasig beschrieben. Schliesslich sind in Fig. 12 noch diskrete Realisierungen des spannungsbidirektionalen Schalters gezeigt.
Das Grundkonzept Fig. 1 ist für ein einphasiges System dargestellt. Die zu filternde Eingangsspannung wird beispielhaft mit einem Spannungsteiler in eine sinnvolle Grösse für die Signalverarbeitung gebracht, z.B. mit einem Teilerfaktor von 1:100. Es sei hier angemerkt, dass zur Vermeidung von Phasenfehlern, besonders bei kurzen transienten Störungen, dieser kompensiert werden muss. Dieses Signal ist das Eingangssignal für die PLL. Das Ausgangssignal wird in der Grösse durch einen Multiplizierer so angepasst, dass ein netzsynchrones harmonisches Signal mit der erforderlichen Grösse entsteht.

   Dies ist der Sollwert für die nachfolgende Steuerung bzw. Regelung oder kombinierte Steuer/Regelung. Der Block "Steuerungsgesetz" berechnet aus dem Sollwert und der Eingangsspannung (einer dazu proportionalen Spannung) das erforderliche Tastverhältnis. Daran anschliessend ist eine Summierstelle, wenn zusätzlich ein Regler zum Ausgleich des Steuerungsfehlers vorhanden ist. Der Block "PWM-Treiber" symbolisiert die Umformung auf die einzelnen Ansteuersignale der aktiven Schalter des aktiven Filters. Der Block AF stellt den Leistungsteil des aktiven Filters dar. An dessen Ausgang ist zwecks Anpassung an die Steuerelektronik ein weiterer Spannungsteiler gezeichnet. Dessen Signal wird in einer
Summierstelle vom Sollwert U2cos cot abgezogen. Dieses Differenzsignal, die Regelabweichung, wird einem Regler zugeführt, und der 2. Summierstelle zugeführt.

   Weiters ist ein Block "überlagertes Steuersystem" eingezeichnet, der ja nach Anwendungsfall die erforderliche Amplitude vorgibt. Der Block "Last" symbolisiert den Verbraucher, der auch ein weiteres Netz, das
T05/fh/6.7.2007/l 0.7.2007 4 aber nun mit einer sauberen, gefilterten Wechselspannung betrieben wird, sein kann. Für meh[phi]hasige Netze kann der Sollwert für die anderen Phasen einfach durch die erforderliche Phasenverschiebung realisiert werden, oder es ist auch denkbar, das System jeweils getrennt für jede Phase aufzubauen. Es sei angemerkt, dass grosse Teile des Systems wie PLL, Steuerung und Regelung auch rein digital realisiert werden können.
Eine schaltungstechnisch sehr einfache Ausformung des Leistungsteils des Filters, die aber die zweite Spannung grösser oder kleiner als die Eingangsspannung machen kann, zeigt Fig.2.

   Dabei wird an den jeweils ersten Anschluss des ersten Schalters (Si) des Schalte[phi]aares (S[upsilon],S2i) eine
Klemme der ersten Spannung (UXi), an den zweiten Anschluss des ersten Schalters (Su) des
Schalte[phi]aares (SXi,S2i) eine Spule (LXi), deren zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss der ersten (UXj) und der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist, geschaltet. An den zweiten Anschluss des zweiten Schalters ( S^ ) des Schalte[phi]aares ( SXi,S2j) wird ein Kondensator ( C2i) angeschlossen, dessen zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss der ersten (UXi) und der zweiten Spannung
(U2i) verbunden ist.

   Die erste Klemme der zweiten Spannung (U2i) wird an die Verbindung
Kondensator (C2i) mit zweitem Schalter (5a) geschaltet.
Bei der Filterschaltung nach Fig. 3 ist an den jeweils ersten Anschluss des ersten Schalters (SXi) des Schalte[phi]aares (SXi,S2i) eine Spule (LXj), deren anderer Anschluss mit der ersten Klemme der ersten Spannung (UXi) verbunden ist, geschaltet. An den ersten Anschluss des ersten Schalters (SXi) ist zusätzlich ein Kondensator (CXi) angeschlossen, dessen zweiter Anschluss an die zweite Eingangsklemme der ersten Spannung geschaltet ist. An den zweiten Anschluss des ersten Schalters (5,, ) des Schalte[phi]aares (Su,S2i) ist eine zweite Spule (L2i), deren zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss der ersten ([pound]/,.) und der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist, geschaltet.

   Der zweite Anschluss des zweiten Schalters (S^ ) des Schalte[phi]aares (Sxi,SZi) ist mit einem zweiten Kondensator (C2), dessen zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss der ersten (UXj) und der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist, geschaltet. Die erste Klemme der zweiten Spannung ist an den zweiten Anschluss des zweiten Schalters geschaltet.
Figur 4 zeigt die Schaltung gemäss Fig. 2 ergänzt durch ein Ausgangsfilter bestehend aus einer zweiten Induktivität und einem zweiten Kondensator.
T05/fh/6.7.2007/10.7.2007 In Fig. 5 ist die Filterschaltung so aufgebaut, dass an den jeweils ersten Anschluss des ersten Schalters (SXi) des Schalte[phi]aares (SXj,S2i) eine Spule (LXj), deren anderer Anschluss mit der ersten
Klemme der ersten Spannung (Ui) verbunden ist, geschaltet ist.

   Zusätzlich ist an den ersten Anschluss des ersten Schalters (SXi) ein Kondensator (Ci) angeschlossen, dessen zweiter Anschluss an den zweiten Anschluss des zweiten Schalters (5^ ) des Schalte[phi]aares (Su,S2i) geschaltet ist. An den zweiten Anschluss des ersten Schalters (Su) des Schalte[phi]aares (SXi,S2i) ist die jeweils zweite Klemme der ersten (Uu) und der zweiten (U2i) Spannung und ein Kondensator (CZi), dessen zweiter Anschluss mit dem ersten Anschluss der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist, geschaltet.

   Eine Spule (L2i) verbindet den ersten Anschluss der zweiten Spannung (U2i) mit dem zweiten Anschluss des zweiten Schalters.
Bei der Filterschaltung gemäss Fig. 6 wird an den jeweils ersten Anschluss des ersten Schalters (Sy) des Schalte[phi]aares (SXi,S2i) eine Klemme der ersten Spannung (UXi), an den zweiten
Anschluss des ersten Schalters (SXi) des Schalte[phi]aares (Su,S2i) eine Spule (LXi), deren zweiter
Anschluss mit dem ersten Anschluss der zweiten Spannung (U2j) verbunden ist, geschaltet. Der zweite Anschluss des zweiten Schalters (S^ ) des Schalte[phi]aares (SXi,S2i) ist mit der zweiten
Klemme der ersten Spannung (UXi) und mit der zweiten Klemme der zweiten Spannung (U2i) verbunden.

   Ein (C2) ist zwischen die Klemmen der zweiten Spannung geschaltet.
Figur 7 zeigt eine um ein Eingangsfilter, bestehend aus einem Kondensator (C ) und einer Induktivität (LXi), erweiterte Schaltung gemäss Fig. 6.
Bei der Filterschaltung gemäss Fig. 8 wird an den zweiten Anschluss des ersten Schalters ( Su) eine Spule (LXi), deren zweiter Anschluss mit der ersten Klemme der ersten Spannung ([pound]/,, ) verbunden ist, geschaltet. An den ersten Anschluss des ersten Schalters ( SXi) ist ein Kondensator (C2i), dessen zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss des zweiten Schalters (S2, ), der zweiten Klemme der ersten Spannung (Uu) und der zweiten Klemme der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist, geschaltet.

   Die erste Klemme der zweiten Spannung (U2i) ist mit der ersten Klemme des ersten Schalters verbunden.
Figur 9 zeigt eine um ein Ausgangsfilter, bestehend aus einem Kondensator (C2, ) und einer Induktivität (L2i), erweiterte Schaltung gemäss Fig. 8.
T05/fh/6.7.2007/l 0.7.2007 6 , .
Bei der Filterschaltung gemäss Fig. 10 wird an den ersten Anschluss des ersten Schalters (SXi) eine erste Spule, deren zweiter Anschluss mit der ersten Klemme der ersten Spannung (Ui) verbunden ist und ein erster Kondensator (C,, ), dessen zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss des zweiten Schalters (S2i) verbunden ist, geschaltet.

   An den zweiten Anschluss des ersten Schalters (SXi) ist ein zweiter Kondensator (C2i), dessen zweiter Anschluss mit der zweiten Klemme der ersten Spannung (Ui), mit der zweiten Klemme der zweiten Spannung (U2i) und mit einer zweiten Spule (L2i), deren anderer Anschluss an den zweiten Anschluss des zweiten Schalters (S2j) geschaltet ist, verbunden.

   Die erste Klemme der zweiten Spannung (U2i) ist mit der zweiten Klemme des zweiten Schalters verbunden.
Bei der Filterschaltung gemäss Fig. 11 wird an den zweiten Anschluss des ersten Schalters ( Si) die erste Klemme der ersten Spannung ([pound]/,, ) geschaltet, an den zweiten Anschluss des zweiten Schalters (S2i) eine erste Induktivität, deren zweiter Anschluss mit der zweiten Klemme der ersten Spannung (UXi) und mit der zweiten Klemme der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist und ein erster Kondensator (C,(. ), dessen zweiter Anschluss an den ersten Anschluss des ersten Schalters (SXi) und an eine zweite Spule (L2i), deren zweiter Anschluss mit der ersten Klemme der zweiten Spannung {U2i) verbunden ist, geschaltet und zwischen den Klemmen der zweiten Spannung ein (U2i) zweiter Kondensator (C2.

   ) geschaltet.
Figur 12 zeigt mögliche Ausformungen des spannungsbidirektionalen Schalters. Sinnvoll ist die Verwendung von Modulen. Die technologische Entwicklung lässt gesteuerte spannungsbidirektionale Schalter in näherer Zukunft erwarten, die also nicht aus aktiven und passiven Schaltern in bekannter Weise zusammen zusetzen sind.
T05/fh/6.7.2007/10.7.2007

Claims (16)

<EMI ID=8.1> Patentansprüche
1. Wandlerschaltungen für aktive Netzfilter zur Umformung von n, wobei gilt n >= 1 , ersten bipolaren Spannungen (Uxx,U2,.UXi,.MXn) in n zweite bipolare Spannungen (U2x,U22,.2i,...U2n) mit Hilfe von n spannungsbidirektionalen Schalte[phi]aaren (Sxx,S2X,SX2,S22,...SXi,S2i,SXn,S2n), sowie n erste Kondensatoren (Cx,CX2,...CXi,...CXn) und maximal n zweite Kondensatoren (C2x,C22,...C2i,...C2[pi]) und n erste Spulen (Lx,L2,..Xi,..n) und maximal n zweite Spulen U2l,L22,..[pound]2.,..[pound]2n) dadurch gekennzeichnet, dass pro Phase zwei spannungsbidirektionale Schalter (SXi,S2i) in Serie geschaltet sind und komplementär angesteuert werden, oder nach dem Abschalten des ersten spannungsbidirektionalen Schalters (S[upsilon]) der zweite spannungsbidirektionale Schalter (S^ ) so lange eingeschaltet bleibt, bis der Strom durch ihn null wird,
und an den ersten Anschluss des jeweils ersten Schalters des Schalte[phi]aares eine Klemme der ersten oder zweiten Spannung oder ein passives Bauelement geschaltet, der zweite Anschluss des jeweils ersten Schalters des Schalte[phi]aares mit dem ersten Anschluss des jeweils zweiten Schalters des Schalte[phi]aares und mit einer Klemme der ersten und/oder zweiten Spannung oder einem passiven Bauelement verbunden ist und der jeweils zweite Anschluss des zweiten Schalters des Schalte[phi]aares mit einer Klemme der ersten und/oder zweiten Spannung oder mit einem passiven Bauelement verbunden ist. 2.
Filterschaltung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an den jeweils ersten Anschluss des ersten Schalters (SXi) des Schalte[phi]aares (Su,5a) eine Klemme der ersten Spannung (UXi), an den zweiten Anschluss des ersten Schalters (SXi) des Schalte[phi]aares (Si,S2i) eine Spule (LXi), deren zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss der ersten (UXi) und der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist und der zweite Anschluss des zweiten Schalters (S ) des Schalte[phi]aares (S1(.,S2) mit einem Kondensator (C2l), dessen zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss der ersten (Uu) und der zweiten Spannung (^ ) verbunden ist und der ersten Klemme der zweiten Spannung verbunden ist. 3.
Filterschaltung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an den jeweils ersten Anschluss des ersten Schalters (Su) des Schalte[phi]aares (Si,S2i) eine Spule (LXi), deren anderer Anschluss mit der ersten Klemme der ersten Spannung (U[upsilon]) verbunden ist und
T05Vl/fh//16.5.2008
NACHGEREICHT , weiters an den ersten Anschluss des ersten Schalters (5,, ) ein Kondensator (CXi) angeschlossen ist, dessen zweiter Anschluss an die zweite Eingangsklemme der ersten Spannung geschaltet ist, an den zweiten Anschluss des ersten Schalters (SXi) des Schalte[phi]aares ( SXi,S2i) eine zweite Spule (L2i), deren zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss der ersten (Uxi) verbunden ist und der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist und der zweite Anschluss des zweiten Schalters S^ ) des Schalte[phi]aares (Sj, ,S2() mit einem zweiten Kondensator (C2, ), dessen zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss der ersten (Uh) und der zweiten Spannung (U2l) verbunden ist und der ersten Klemme der zweiten
Spannung geschaltet ist.
1. Filterschaltung zur Umformung von n, wobei gilt n >= 1 , ersten bipolaren Spannungen (Uxx,Ux2,.UXi,..UXn) in n zweite bipolare Spannungen (U2x,U22,.U2i,..U2n) mit Hilfe von n spannungsbidirektionalen Schalte[phi]aaren ( Sx x, S2, SX2, S22, ...Su,S2i, 5l[pi], S2[pi]) , sowie n ersten Kondensatoren (Cxx,Cx2,...CXi,...CX[pi]) und/oder n zweiten Kondensatoren (C21,C22,...C2i,...C2n) und n ersten Spulen {L ,LX2,..Li,..L[pi]) und/oder n zweiten Spulen (L2X,L22,..2i,..L2n) dadurch gekennzeichnet, dass pro Phase zwei spannungsbidirektionale Schalter (SXi,S2i) in Serie geschaltet sind und komplementär angesteuert werden, oder nach dem Abschalten des ersten spannungsbidirektionalen Schalters (SXi) der zweite spannungsbidirektionale Schalter (S2i) so lange eingeschaltet bleibt, bis der Strom durch ihn null wird,
und an den ersten Anschluss des jeweils ersten Schalters des Schalte[phi]aares eine Klemme der ersten oder zweiten Spannung oder ein passives Bauelement geschaltet, der zweite Anschluss des jeweils ersten Schalters des Schalte[phi]aares mit dem ersten Anschluss des jeweils zweiten Schalters des Schalte[phi]aares und mit einer Klemme der ersten und/oder zweiten Spannung oder einem passiven Bauelement verbunden ist und der jeweils zweite Anschluss des zweiten Schalters des Schalte[phi]aares mit einer Klemme der ersten und/oder zweiten Spannung oder mit einem passiven Bauelement verbunden ist, wobei die Ansteuersignale für die spannungsbidirektionalen Schalter (SXj,S2i) durch eine Steuerschaltung, bzw.
eine kombinierte Steuer/Regelschaltung gewonnen werden und das Sollwertsignal der Ausgangsspannung mithilfe einer PLL aus dem Eingangssignal abgeleitet wird, daraus entsprechend dem der verwendeten Topologie des aktiven Filters zugrunde liegenden Steuergesetz die erforderlichen Einschaltzeiten der spannungsbidirektionalen Schalter (SXi,S2i) berechnet werden und für die Erzeugung von sehr genauen Ausgangsspannungen zusätzlich noch in bekannter Weise eine Regelung überlagert ist.
2. Filterschaltung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an den jeweils ersten Anschluss des ersten Schalters (SXi) des Schalte[phi]aares (SXi,S2i) eine Klemme der ersten
Spannung ([pound]/,,-)>an den zweiten Anschluss des ersten Schalters (SXi) des Schalte[phi]aares
(Su,S2i) eine Spule (LXi), deren zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss der ersten
(Uu) und der zweiten Spannung ((72, ) verbunden ist und der zweite Anschluss des zweiten
T05/fh 6.7.2007/l 0.7.2007 8 Schalters (S2, ) des Schalte[phi]aares (SXl, ^ ) mit einem Kondensator (C2, ), dessen zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss der ersten (UXl) und der zweiten Spannung (U2l) verbunden ist und der ersten Klemme der zweiten Spannung verbunden ist.
3. Filterschaltung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an den jeweils ersten Anschluss des ersten Schalters (Sl) des Schalte[phi]aares (SXl,S2l) eine Spule (LXl), deren anderer Anschluss mit der ersten Klemme der ersten Spannung (UXl) verbunden ist und weiters an den ersten Anschluss des ersten Schalters (SXl) ein Kondensator (CXl) angeschlossen ist, dessen zweiter Anschluss an die zweite Eingangsklemme der ersten Spannung geschaltet ist, an den zweiten Anschluss des ersten Schalters (SXl) des
Schalte[phi]aares (SXl,S2, ) eine zweite Spule (LZl), deren zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss der ersten (UXl) verbunden ist und der zweiten Spannung (UZl) verbunden ist und der zweite Anschluss des zweiten Schalters (S^ ) des Schalte[phi]aares (SXl,S2l) mit einem zweiten Kondensator (C2l), dessen zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss der ersten (Utl) und der zweiten Spannung (U2l) verbunden ist und der ersten Klemme der zweiten
Spannung geschaltet ist.
4. Filterschaltung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an den jeweils ersten Anschluss des ersten Schalters (SXi) des Schalte[phi]aares (5u,5a) eine Klemme der ersten Spannung (UXi), an den zweiten Anschluss des ersten Schalters (SXi) des Schalte[phi]aares (SXi,S2i) eine erste Spule (LXi), deren zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss der ersten (UXi) und der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist und der zweite Anschluss des zweiten Schalters (S2i) des Schalte[phi]aares (5,, ,S2, ) mit einem Kondensator (C2l. ), dessen zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss der ersten (UXi) und der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist und mit einer zweiten Spule (L2i), deren zweiter Anschluss mit der ersten Klemme der zweiten Spannung verbunden ist; zwischen der ersten und der zweiten Klemme der zweiten Spannung (U2i) wird ein zweiter Kondensator (C2i) geschaltet.
4. Filterschaltung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an den jeweils ersten Anschluss des ersten Schalters (SXl) des Schalte[phi]aares (SXl,S2;) eine Klemme der ersten
Spannung (UXl), an den zweiten Anschluss des ersten Schalters (S ) des Schalte[phi]aares
(S ,S2, ) eine erste Spule (LXl), deren zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss der ersten (UXl) und der zweiten Spannung (U2l) verbunden ist und der zweite Anschluss des zweiten Schalters (S^ ) des Schalte[phi]aares (SXl,S2l) mit einem Kondensator (C2l), dessen zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss der ersten (UXl) und der zweiten Spannung
(U2l) verbunden ist und mit einer zweiten Spule {LZl), deren zweiter Anschluss mit der ersten Klemme der zweiten Spannung verbunden ist; zwischen der ersten und der zweiten Klemme der zweiten Spannung wird ein zweiter Kondensator geschaltet.
5. Filterschaltung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an den jeweils ersten Anschluss des ersten Schalters (SXi) des Schalte[phi]aares (SXi,S2i) eine Spule (LXi), deren anderer Anschluss mit der ersten Klemme der ersten Spannung (UXi) und weiters an den ersten Anschluss des ersten Schalters (Su) ein Kondensator (CXi) angeschlossen ist, dessen zweiter Anschluss an den zweiten Anschluss des zweiten Schalters (S2i) des Schalte[phi]aares (51(,52, ) geschaltet ist, an den zweiten Anschluss des ersten Schalters (Su) des Schalte[phi]aares ( SXl,S2, ) die jeweils zweite Klemme der ersten (UXi) und der zweiten (U2j) Spannung und ein Kondensator (C2i), dessen zweiter Anschluss mit dem ersten Anschluss der zweiten Spannung (Uv) und einer Spule (L2i), deren zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss des zweiten Schalters (52, ) verbunden ist, geschaltet ist.
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NACHGEREICHT r crc r-ct r
5. Filterschaltung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an den jeweils ersten Anschluss des ersten Schalters (SXl) des Schalte[phi]aares (SXl,S2l) eine Spule (Ll), deren anderer Anschluss mit der ersten Klemme der ersten Spannung ([pound]/,, ) und weiters an den ersten Anschluss des ersten Schalters (SXl) ein Kondensator (Cu) angeschlossen ist, dessen
T05/fh/6.7.2007/l 0.7.2007 9 zweiter Anschluss an den zweiten Anschluss des zweiten Schalters ( 52, ) des Schalte[phi]aares (51(,52, ) geschaltet ist, an den zweiten Anschluss des ersten Schalters (Su) des Schalte[phi]aares ( SXi,S2i) die jeweils zweite Klemme der ersten ([pound]/,. ) und der zweiten ([pound]/2l) Spannung und ein Kondensator (C2i), dessen zweiter Anschluss mit dem ersten Anschluss der zweiten Spannung (U2i) und einer Spule (L2i), deren zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss des zweiten Schalters verbunden ist, geschaltet ist.
6. Filterschaltung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an den jeweils ersten Anschluss des ersten Schalters (SXi) des Schalte[phi]aares (SXi,S2i) eine Klemme der ersten Spannung ([pound]/"), an den zweiten Anschluss des ersten Schalters (SXi) des Schalte[phi]aares (SXi,S2/) eine Spule (Li), deren zweiter Anschluss mit dem ersten Anschluss der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist und der zweite Anschluss des zweiten Schalters (5a) des Schalte[phi]aares (Sy.S^ ) an die zweite Klemme der ersten Spannung (Ui), die zweite Klemme der zweiten Spannung (U2l) und an einem Kondensator (C2<), dessen zweiter Anschluss mit dem ersten Anschluss der zweiten Spannung (U ) verbunden ist, geschaltet ist.
6. Filterschaltung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an den jeweils ersten Anschluss des ersten Schalters (Su) des Schalte[phi]aares (SXi,S2i) eine Klemme der ersten
Spannung (U[upsilon]), an den zweiten Anschluss des ersten Schalters (SXi) des Schalte[phi]aares
(SXi,S2i) eine Spule (Lu), deren zweiter Anschluss mit dem ersten Anschluss der zweiten
Spannung (U2i) verbunden ist und der zweite Anschluss des zweiten Schalters (S^ ) des
Schalte[phi]aares (SXi,S2i) an die zweite Klemme der ersten Spannung (UXi), die zweite
Klemme der zweiten Spannung (U2i) und an einem Kondensator (C2/), dessen zweiter
Anschluss mit dem ersten Anschluss der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist, geschaltet ist.
7. Filterschaltung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an den jeweils ersten Anschluss des ersten Schalters (SXi) des Schalte[phi]aares (SXi,S2i) eine Spule, deren zweiter Anschluss mit der ersten Klemme der ersten Spannung (UXi) verbunden ist und ein Kondensator (Ci), dessen zweiter Anschluss mit der zweiten Klemme der ersten Spannung (Ui) verbunden ist, geschaltet ist, an den zweiten Anschluss des ersten Schalters (Si) des Schalte[phi]aares (SXi,S2i) eine Spule (Li), deren zweiter Anschluss mit dem ersten Anschluss der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist und der zweite Anschluss des zweiten Schalters (S2i) des Schalte[phi]aares (Si,S2i) an die zweite Klemme der ersten Spannung (Ux[iota]), die zweite Klemme der zweiten Spannung (U2i) und an einen zweiten Kondensator (C^.
), dessen zweiter Anschluss mit dem ersten Anschluss der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist, geschaltet ist.
7. Filterschaltung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an den jeweils ersten Anschluss des ersten Schalters (Su) des Schalte[phi]aares (SXi,S2i) eine Spule, deren zweiter
Anschluss mit der ersten Klemme der ersten Spannung (UXi) verbunden ist und ein
Kondensator (CXi), dessen zweiter Anschluss mit der zweiten Klemme der ersten Spannung
([pound]/,, ) verbunden ist, geschaltet ist, an den zweiten Anschluss des ersten Schalters (SXi) des
Schalte[phi]aares (SXi,SZi) eine Spule (LXi), deren zweiter Anschluss mit dem ersten Anschluss der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist und der zweite Anschluss des zweiten Schalters
(S2i) des Schalte[phi]aares (SXi,S2i) an die zweite Klemme der ersten Spannung (UXi), die zweite Klemme der zweiten Spannung (U2i) und an einen zweiten Kondensator (C2, ), dessen zweiter Anschluss mit dem ersten Anschluss der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist, geschaltet ist.
8. Filterschaltung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an den zweiten Anschluss des ersten Schalters (51(. ) eine Spule (LXi), deren zweiter Anschluss mit der ersten Klemme der ersten Spannung (Ui) verbunden ist, geschaltet ist und an den ersten Anschluss des ersten Schalters (SXl) ein Kondensator (C2i), dessen zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss des zweiten Schalters (5a), der zweiten Klemme der ersten Spannung (UXi) und der zweiten Klemme der zweiten Spannung (f/2/. ) verbunden ist und an die erste Klemme der zweiten Spannung (t/2, ) geschaltet ist.
8. Filterschaltung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an den zweiten Anschluss des ersten Schalters (5.. ) eine Spule (LXi), deren zweiter Anschluss mit der ersten Klemme der ersten Spannung (UXi) verbunden ist, geschaltet ist und an den ersten
T05/fh/6.7.2007/10.7.2007 10
Anschluss des ersten Schalters (Si) ein Kondensator (C2, ), dessen zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss des zweiten Schalters (S2i), der zweiten Klemme der ersten Spannung (UXi) und der zweiten Klemme der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist und an die erste Klemme der zweiten Spannung (U2i) geschaltet ist.
9. Filterschaltung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an den zweiten Anschluss des ersten Schalters (Si) eine Spule (LXl), deren zweiter Anschluss mit der
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NACHGEREICHT
9. Filterschaltung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an den zweiten Anschluss des ersten Schalters (SXi) eine Spule (LXi), deren zweiter Anschluss mit der ersten Klemme der ersten Spannung (UXi) verbunden ist, geschaltet ist und an den ersten
Anschluss des ersten Schalters (S[upsilon]) ein Kondensator (Cu), dessen zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss des zweiten Schalters (S^ ), der zweiten Klemme der ersten
Spannung (UXi) und der zweiten Klemme der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist und eine zweite Spule (L2i), deren zweiter Anschluss mit der ersten Klemme der zweiten
Spannung (U2i) und einem zweiten Kondensator (C2, ), dessen zweiter Anschluss mit der zweiten Klemme der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist, geschaltet ist.
10 ersten Klemme der ersten Spannung (UXi) verbunden ist, geschaltet ist und an den ersten Anschluss des ersten Schalters (SXi) ein Kondensator (CXi), dessen zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss des zweiten Schalters (S^ ), der zweiten Klemme der ersten Spannung ([pound]/,,) und der zweiten Klemme der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist und eine zweite Spule (Lv), deren zweiter Anschluss mit der ersten Klemme der zweiten Spannung (U2i) und einem zweiten Kondensator (C2. ), dessen zweiter Anschluss mit der zweiten Klemme der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist, geschaltet ist. 10.
Filterschaltung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an den ersten Anschluss des ersten Schalters (Si) eine erste Spule, deren zweiter Anschluss mit der ersten Klemme der ersten Spannung (Uu) verbunden ist und ein erster Kondensator (Cu), dessen zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss des zweiten Schalters (S2i) verbunden ist, geschaltet ist und an den zweiten Anschluss des ersten Schalters (Su) ein zweiter Kondensator (C2, ), dessen zweiter Anschluss mit der zweiten Klemme der ersten Spannung (UXi), mit der zweiten Klemme der zweiten Spannung (U2i) und mit einer zweiten Spule (L2i), deren anderer Anschluss an den zweiten Anschluss des zweiten Schalters (5a) geschaltet ist, verbunden ist und die erste Klemme der zweiten Spannung (U2i) geschaltet ist. 11. Filterschaltung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an den zweiten
Anschluss des ersten Schalters (SXi) die erste Klemme der ersten Spannung (UXi) geschaltet wird, an den zweiten Anschluss des zweiten Schalters (S[upsilon]) eine erste Induktivität, deren zweiter Anschluss mit der zweiten Klemme der ersten Spannung ([pound]/,.) und mit der zweiten Klemme der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist und ein erster Kondensator (C". ), dessen zweiter Anschluss an den ersten Anschluss des ersten Schalters (Si) und an eine zweite Spule (L2i), deren zweiter Anschluss mit der ersten Klemme der zweiten Spannung (U2i) verbunden ist, geschaltet ist und zwischen den Klemmen der zweiten Spannung ein (U2i) zweiter Kondensator (C2, ) geschaltet ist. 12. Filterschaltung gemäss Anspruch 2, 4, 6 und 11 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Anschlussklemmen der ersten Spannungen (Uu) Kondensatoren geschaltet werden.
NACHGEREICHT
T05Vl/fh /16.5.2008[pi] * eeec # c t[beta]o* e[beta]c[beta]
10. Filterschaltung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an den ersten Anschluss des ersten Schalters (SXi) eine erste Spule, deren zweiter Anschluss mit der ersten Klemme der ersten Spannung ([pound]/,, ) verbunden ist und ein erster Kondensator (CXj), dessen zweiter
Anschluss mit dem zweiten Anschluss des zweiten Schalters ( S2i) verbunden ist, geschaltet ist und an den zweiten Anschluss des ersten Schalters (51() ein zweiter Kondensator (C2, ), dessen zweiter Anschluss mit der zweiten Klemme der ersten Spannung (UXi), mit der zweiten Klemme der zweiten Spannung (U2i) und mit einer zweiten Spule ( L2i), deren anderer Anschluss an den zweiten Anschluss des zweiten Schalters (S^ ) geschaltet ist, verbunden ist und die erste Klemme der zweiten Spannung (J72) geschaltet ist.
11. Filterschaltung gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an den zweiten Anschluss des ersten Schalters (SXi) die erste Klemme der ersten Spannung (Uu) geschaltet wird, an den zweiten Anschluss des zweiten Schalters (52, ) eine erste Induktivität, deren zweiter Anschluss mit der zweiten Klemme der ersten Spannung ([pound]/,, ) und mit der zweiten
Klemme der zweiten Spannung (UZi) verbunden ist und ein erster Kondensator (C,,. ), dessen zweiter Anschluss an den ersten Anschluss des ersten Schalters (Si) und an eine
T05/fh76.7.2007/10.7.2007 11 zweite Spule (L2i), deren zweiter Anschluss mit der ersten Klemme der zweiten Spannung (U^ ) verbunden ist, geschaltet ist und zwischen den Klemmen der zweiten Spannung ein (v72, ) zweiter Kondensator (C2() geschaltet ist.
12. Filterschaltung gemäss Anspruch 2, 4, 6 und 11 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Anschlussklemmen der ersten Spannungen (Ui) Kondensatoren geschaltet werden.
13. Filterschaltung gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Kopplung von Spannungsnetzen dienen.
13. Filterschaltung gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Kopplung von Spannungsnetzen dienen.
14. Filterschaltung gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass an den Klemmen der ersten Spannungen ein n phasiges Wechselspannungssystem und an den Klemmen der zweiten Spannungen eine sensitive Last geschaltet ist, oder umgekehrt. [iota]
14. Filterschaltung gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass an den Klemmen der ersten Spannungen ein n phasiges Wechselspannungssystem und an den Klemmen der zweiten Spannungen eine sensitive Last geschaltet ist, oder umgekehrt.
15. Filterschaltung gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass sie als Stellglied zur Lastflussregelung verwendet wird.
15. Filterschaltung gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass sie als Stellglied zur Lastflussregelung verwendet wird.
T05/fh/6.7.2007/10.7.2007 12 rr r fi t*c c r
Patentansprüche
16. Filterschaltung gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuersignale für die spannungsbidirektionalen Schalter (SXl,5^. ) durch eine Steuerschaltung, bzw. eine kombinierte Steuer/Regelschaltung gewonnen werden.
NACHGEREICHT
T05Vl/fh//l 6.5.2008 12
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