DE102009054971A1

DE102009054971A1 - Circuit for current generator i.e. emergency power generator, in e.g. hospital, has converter converting voltage potential of generator-direct current voltage circuit into voltage potential of power line-direct current voltage circuit

Info

Publication number: DE102009054971A1
Application number: DE200910054971
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. 33378 Bünte
Original assignee: LTI Drives GmbH
Current assignee: Keba Industrial Automation Germany GmbH
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2011-06-22

Abstract

The circuit has a generating unit (2) generating a generator alternating current voltage. A direct current (DC) voltage converter (12) is arranged in the DC voltage circuit between a rectifying unit (3) and an inverter (4). The voltage converter converts a generator-DC voltage potential (U-GG) of a generator-DC voltage circuit (26) into a power line-DC voltage potential (U-NG) of a power line-DC voltage circuit (27) for the supply of the inverter. The generator-DC voltage potential is provided by the inverter. An independent claim is also included for a method for retrofitting a current generator.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung und ein Nachrüstverfahren für einen Stromgenerator zur Einspeisung der vom Generator erzeugten Spannung in ein Spannungsversorgungsnetz. Hierzu umfasst die Schaltung einer Generatoreinrichtung zur Erzeugung einer Generatorwechselschaltung in einem Generatorkreis, einer Gleichrichtereinrichtung zur Umwandlung der Generatorwechselspannung des Generatorkreises in eine Gleichspannung in einem Gleichspannungskreis und einer Wechselrichtereinrichtung zur Umwandlung der Gleichspannung des Gleichspannungskreises in eine Netzwechselspannung in einem Netzkreis für die Energieeinspeisung in einem lokalen oder öffentlichen Spannungsnetz.The invention relates to a circuit and a Nachrüstverfahren for a power generator for feeding the voltage generated by the generator in a power supply network. For this purpose, the circuit comprises a generator device for generating a generator switching circuit in a generator circuit, a rectifier device for converting the generator AC voltage of the generator circuit into a DC voltage in a DC circuit and an inverter device for converting the DC voltage of the DC circuit into an AC mains voltage in a network for the energy supply in a local or public power grid.

Aus dem Stand der Technik sind Stromgeneratoren, insbesondere Notstromgeneratoren bekannt, bei denen ein Verbrennungsmotor mit einer konstanten Drehzahl von typischerweise 1500 bis 3000 Umdrehungen pro Minute einen Synchrongenerator antreiben, der am Ausgang eine Versorgungsspannung mit einer konstanten Frequenz bereitstellt, die der Netzfrequenz des einzuspeisenden Netzes, typischerweise 50 oder 60 Hz entspricht. Eine Anpassung der Spannung erfolgt zum einen durch eine entsprechende Auslegung des Synchrongenerators, der unmittelbar die erforderliche Netzspannung, typischerweise 230/400 V oder 120/210 V, liefern können. Zum anderen können Netztransformatoren eingesetzt werden, die die Generatorspannung zur Anpassung an die erforderliche Netzsspannung transformieren. Zur Bereitstellung der gewünschten Frequenz ist es notwendig, den Synchrongenerator lastunabhängig mit einer konstanten Drehzahl zu betreiben, wobei im Unterlastfall unnötige Leistungsverluste verursacht werden, und im Überlastfall ein schlagartiges Stillstehen des Generators auftreten kann.From the prior art current generators, especially emergency generators are known in which an internal combustion engine with a constant speed of typically 1500 to 3000 revolutions per minute drive a synchronous generator which provides a supply voltage at a constant frequency at the output, the network frequency of the network to be fed, typically 50 or 60 Hz. An adaptation of the voltage takes place on the one hand by a corresponding design of the synchronous generator, which can directly supply the required mains voltage, typically 230/400 V or 120/210 V. On the other hand, mains transformers can be used, which transform the generator voltage to adapt to the required mains voltage. To provide the desired frequency, it is necessary to operate the synchronous generator load-independent with a constant speed, which in the case of under load causes unnecessary power losses, and in case of overload, a sudden standstill of the generator may occur.

Daher existieren Bemühungen, die Drehzahl und damit die bereitgestellte Ausgangsleistung des den Generator antreibenden Verbrennungsmotors lastabhängig zu steuern, beispielsweise in einem Drehzahlbereich von etwa 1000 bis 3000 Umdrehungen pro Minute. Hieraus ergeben sich unterschiedliche Generatorspannungen und Generatorfrequenzen, so dass zur Herstellung einer konstanten Versorgungsspannung und konstanten Netzfrequenz leistungselektronische Mittel eingesetzt werden. Grundsätzlich gibt es hierfür zwei verschiedene Lösungsmöglichkeiten:
Zum einem wird ein Generator an einen Wechselrichter gekoppelt, der aus der AC-Generatorspannung mittels gesteuerter Wechselrichtertätigkeit eine DC-Spannung im Gleichspannungskreis produzieren kann, diese wird zur Netzseite hin über einen Wechselrichter geführt, um die erforderliche AC-Netzspannung mit Netzfrequenz herzustellen. Der Aufwand beim Einsatz zweier Wechselrichter, einem generatorseitigen und einem netzseitigen Wechselrichter, erfordert einem hohen Bauteile- und Steuerelektronikaufwand hinsichtlich der Leistungselektronik, wobei insbesondere Leistungsverluste und zusätzliche Schaltverluste groß sind, und hohe Anforderung an die Kühlung der Leistungshalbleiter gestellt werden müssen. Gegebenenfalls muss am Generator ein Drehgeber eingesetzt werden, um die Generatordrehzahl zu erfassen und sowohl Drehzahl als auch Umrichtersteuerung entsprechend anpassen zu können.Therefore, there are efforts to control the speed and thus the output power provided by the generator driving the internal combustion engine load-dependent, for example in a speed range of about 1000 to 3000 revolutions per minute. This results in different generator voltages and generator frequencies, so that power electronic means are used to produce a constant supply voltage and constant grid frequency. Basically, there are two different solutions for this:
On the one hand, a generator is coupled to an inverter, which can produce a DC voltage in the DC voltage circuit from the AC generator voltage by means of controlled inverter operation; this is conducted to the mains side via an inverter in order to produce the required AC mains voltage at mains frequency. The effort when using two inverters, a generator-side and a grid-side inverter, requires a high component and control electronics costs in terms of power electronics, in particular power losses and additional switching losses are large, and high demand for the cooling of the power semiconductors must be made. If necessary, a rotary encoder must be used on the generator in order to detect the generator speed and to be able to adapt both speed and converter control accordingly.

Alternativ hierzu kann auf Generatorseite ein Brückengleichrichter eingesetzt werden, um eine DC-Spannung im Gleichspannungskreis zu erzeugen. Diese wird netzseitig über einen Wechselrichter geführt werden, um die erforderliche Netzfrequenz und Netzspannung herzustellen. Problematisch ist in diesem Fall, dass die DC-Spannung im Gleichspannungskreis proportional zur Generatordrehzahl schwankt und dabei so zu wählen ist, dass bei maximaler Drehzahl eine zuverlässige DC-Spannung im Gleichspannungskreis, die typischerweise über der Spitzenspannung des Einspeisenetzes liegen muss, nicht unterschritten werden darf. So liegen typische DC-Spannungen im Gleichspannungskreis bei 800 Volt bei üblichen Netzgeneratoren. Es besteht somit das Problem, das bei zu geringer Drehzahl des Generators die DC-Spannung im Gleichspannungskreis zu gering ausfällt, um die erforderliche Spitzenspannung der Netzspannung zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise werden im Gleichspannungskreis lediglich 190 Volt zur Speisung eines 400-Volt-Dreiphasennetz erzeugt. Bei derartig geringen DC-Spannungen im Gleichspannungskreis ist eine direkte Bildung eines 400-Volt-Netzes mit jeweiligen 230 Volt Spitzenspannung pro Phase nicht möglich und daher ein Einsatz eines Transformators, entweder auf Generatorseite oder auf Netzseite zwingend erforderlich, wobei der Generator die gelieferte geringe Spannung auf die Netzspannung beispielsweise von 190 Volt AC auf 230 Volt AC anheben kann.Alternatively, a bridge rectifier can be used on the generator side to generate a DC voltage in the DC voltage circuit. This will be routed to the grid via an inverter to produce the required grid frequency and grid voltage. The problem in this case is that the DC voltage in the DC voltage circuit varies in proportion to the generator speed and is to be chosen so that at maximum speed, a reliable DC voltage in the DC circuit, which typically must be above the peak voltage of the feed network, must not be exceeded , Thus, typical DC voltages in the DC voltage circuit are at 800 volts in conventional grid generators. There is thus the problem that too low a speed of the generator, the DC voltage in the DC circuit fails too low to provide the required peak voltage of the mains voltage. For example, in the DC voltage circuit only 190 volts are generated to feed a 400 volt three-phase network. With such low DC voltages in the DC circuit, a direct formation of a 400-volt network with each peak voltage 230 volts per phase is not possible and therefore a use of a transformer, either on the generator side or on the power side mandatory, the generator supplied low voltage on the mains voltage, for example, from 190 volts AC to 230 volts AC can raise.

In der Regel wird zur Netzspannungsanpassung ein netzseitiger Anpassungstransformator eingesetzt, wobei aufgrund der zu geringen Ausgangsspannungen des netzseitigen Wechselrichters bei konstanter Leistung der notwendige Strom entsprechend groß wird, was wiederum sehr teure Halbleiter für den Brückengleichrichter und den Wechselrichter erfordert. Solche teuren Halbleiter und insbesondere der Einsatz eines Transformators treiben die Kosten für einen solchen Stromgenerator, insbesondere für einen Notstromgenerator in die Höhe. Dazu kommt bei mobilen Geräten insbesondere das mit dem Einsatz eines Transformators verbundene extrem hohe Eigengewicht des Generators.In general, a mains-side matching transformer is used for line voltage adjustment, due to the low output voltages of the grid-side inverter at constant power, the necessary current is correspondingly large, which in turn requires very expensive semiconductors for the bridge rectifier and the inverter. Such expensive semiconductors, and in particular the use of a transformer, drive up the costs for such a power generator, in particular for an emergency power generator. In addition, in mobile devices, in particular, the extremely high weight of the generator associated with the use of a transformer.

Somit ergeben sich verschiedene Probleme aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise der Einsatz sehr teurer und aufwendiger Leistungshalbleiterelektronik, die Verwendung eines zusätzlichen Transformators, die geringen Leistungsbereiche und die aufgrund der nicht angepassten Drehzahl des Verbrennungsmotors auftretenden Energieverluste bzw. die Gefahr einer ungenügenden Energiebereitstellung für ein Notstromaggregat. Im Falle einfach aufgebauter direkt einspeisender Generatoren wird die starre Kopplung von Netzspannung und Netzfrequenz zwischen Generator und Netzseite als problematisch angesehen, wobei der Stromgenerator nur unflexible eingesetzt werden kann. Thus, various problems arise from the prior art, such as the use of very expensive and expensive power semiconductor electronics, the use of an additional transformer, the low power ranges and occurring due to the unmatched speed of the engine energy losses or the risk of insufficient energy supply for a Emergency generator. In the case of simply constructed direct feeding generators, the rigid coupling of mains voltage and mains frequency between generator and mains side is considered problematic, whereby the current generator can only be used inflexible.

Ausgehend von den vorgenannten Problemen ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine einfache Schaltung für die Ankopplung eines Stromgenerators an ein zu speisendes Netz vorzuschlagen, bei dem spannungs- und frequenzunabhängig zwischen einer Generatorseite und einer Netzseite elektrische Energie unter Verwendung einfacher, günstiger Halbleiterelektronik bereitgestellt werden kann. Des Weiteren wird ein Konzept vorgeschlagen, wie bereits vorhandene Aggregate diesbezüglich nachgerüstet werden können.Based on the aforementioned problems, it is therefore an object of the invention to provide a simple circuit for coupling a power generator to a network to be fed, in which voltage and frequency independent between a generator side and a network side electrical energy can be provided using simple, cheaper semiconductor electronics , Furthermore, a concept is proposed as to how existing units can be retrofitted in this regard.

Zur Lösung schlägt die Erfindung eine Schaltung für einen Stromgenerator vor, der eine Generatoreinrichtung zur Erzeugung einer Generatorwechselspannung in einem Generatorkreis, eine Gleichrichtereinrichtung zum Umwandeln der Gleichgeneratorwechselspannung des Generatorkreises in eine Gleichspannung in einem Gleichspannungskreis und eine Wechselrichtereinrichtung zum Umwandeln der Gleichspannung des Gleichspannungskreises in eine Netzwechselspannung in einem Netzkreis für die Energieeinspeisung in einem öffentlichen oder lokalen Spannungsversorgungsnetz umfasst. Hierbei ist unter dem Begriff Wechselspannung sowohl eine einphasige, zweiphasige oder auch dreiphasige Drehstromwechselspannung zu verstehen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Gleichspannungskreis zwischen Gleichrichtereinrichtung und Wechselrichtereinrichtung eine Gleichspannungswandlereinrichtung angeordnet ist, die ausgelegt ist, das von der Gleichrichtereinrichtung bereitgestellte Generator-Gleichstellungspotential U_GG des Generator-Gleichspannungskreises in einem Netz-Gleichspannungskreis-Potential U_NG des Netz-Gleichspannungskreises für die Versorgung der Wechselrichtereinrichtung zu wandeln. Mit anderen Worten betrifft die Schaltung ein Ankopplungskonzept zwischen Generator und zu speisendem lokalem oder öffentlichem Energieversorgungsnetz, beispielsweise einem öffentlichen Subnetz zur temporären Versorgung eines Wohngebietes oder einer Industrieanlage bei Reparatur einer Umspannstation oder einer lokales Energienetz, beispielsweise für die Versorgung einer temporär errichteten Anlage wie einem Festzelt oder einem Open-Air-Konzert, oder für einen dauerhaften Betrieb einer von einem öffentlichen Energienetzes weit entfernten Anlage. Hierzu umfasst die Schaltung typische Bauteile eines Stromgenerators wie Gleichrichtereinrichtung, Gleichspannungskreis und Wechseleinrichtereinrichtung. Der Gleichspannungskreis wird erfindungsgemäß in zwei Teile getrennt, in einen generatorseitigen Teil, dem Generator-Gleichspannungskreis mit Generator-Gleichspannungspotential U_GG, das direkt aus der Gleichrichtereinrichtung gewonnen wird, und einem netzseitigen Teil, dem Netz-Gleichspannungskreis mit Netz-Gleichspannungspotential U_NG, der zur Versorgung einer Wechseleinrichtung dient, die die Netzgleichspannung in eine Netzwechselspannung mit angepasster Netzspannung und Netzfrequenz wandelt. An der Verbindungsstelle zwischen Generator-Gleichspannungskreis und Netz-Gleichspannungskreis ist eine Gleichspannungswandlereinrichtung angeordnet, die das Potential des Generator-Gleichspannungskreises U_GG, das variabel mit der Drehzahl und der Ausführung des Generators variieren kann, in ein in der Regel konstantes Netz-Gleichspannungs-Potential U_NG des Netz-Gleichspannungskreises wandelt. Für eine konkrete Ausführung einer solchen Gleichspannungswandlereinrichtung stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung, beispielsweise die Verwendung von unterstützenden Hilfsbatterien oder die Verwendung von aufladbaren Akkumulatoren oder Kondensatoren. Des Weiteren können, wie im Nachfolgenden beschrieben wird, besonders gut geeignete elektronische Schaltungen eingesetzt werden.To solve the invention proposes a circuit for a power generator, which comprises a generator means for generating a generator AC voltage in a generator circuit, a rectifier means for converting the DC generator AC voltage of the generator circuit into a DC voltage in a DC voltage circuit and an inverter means for converting the DC voltage of the DC voltage circuit into a mains AC voltage a power supply network in a public or local power grid. In this case, the term alternating voltage is to be understood as meaning both a single-phase, two-phase or three-phase alternating current voltage. The invention is characterized in that in the DC voltage circuit between rectifier means and inverter means a DC voltage converter means is arranged, which is provided by the rectifier means generator equalization potential U _{GG of} the generator DC voltage circuit in a grid DC voltage potential U _{NG of} the mains DC voltage circuit to convert the supply of the inverter device. In other words, the circuit relates to a coupling concept between generator and to be fed local or public power grid, such as a public subnet for temporary supply to a residential area or an industrial plant in repair of a substation or a local power grid, for example, for the supply of a temporary facility such as a marquee or an open-air concert, or for a permanent operation of a plant far away from a public power grid. For this purpose, the circuit comprises typical components of a power generator such as rectifier device, DC circuit and Wechseleinrichtereinrichtung. The DC voltage circuit is according to the invention separated into two parts, in a generator side part, the generator DC voltage circuit with generator DC potential U _GG , which is obtained directly from the rectifier device, and a network-side part, the network DC voltage circuit with mains DC potential U _NG , the is used to supply a changing device that converts the mains DC voltage into an AC mains voltage with adapted mains voltage and mains frequency. At the connection point between the generator DC voltage circuit and the DC power supply circuit a DC voltage converter device is arranged, which can vary the potential of the generator DC voltage circuit U _GG , which can variably vary with the speed and the design of the generator, in a generally constant mains DC potential U _{NG of} the grid DC circuit converts. For a concrete embodiment of such a DC-DC converter means are various options available, for example, the use of supporting auxiliary batteries or the use of rechargeable batteries or capacitors. Furthermore, as will be described below, particularly suitable electronic circuits can be used.

Mit Hilfe der Trennung zwischen Generator- und Netz-Gleichspannungskreis ist der Generator nicht starr über Brückengleichrichter und Wechselrichter an den Netzkreis gekoppelt, und muss daher nicht die Anforderung erfüllen, eine ausreichende Spannungshöhe mit mindestens der Spitzenamplitude der Netzspannung für den Betrieb der Wechselrichtereinrichtung zur Verfügung zu stellen. Diese beträgt beispielsweise bei einem 230/400 V Drehstromnetz 325 Volt Gleichspannung. Somit kann der Generator unabhängig von den Anforderungen des zu versorgenden Spannungsnetzes eine beliebige Frequenz und in den Grenzen der Gleichspannungswandlereinrichtung eine beliebige Spannungshöhe der erzeugten elektrische Energie zur Verfügung stellen, die in einer Generator-Gleichspannung auf die erforderliche Höhe zur Erzeugung einer netzangepassten Wechselspannung gewandelt wird, wobei die Gleichspannungswandlereinrichtung eine Anhebung bzw. Absenkung der elektrische Gleichspannung U_GG des Generator-Gleichspannungskreises bewirkt, so dass sie der Höhe des Netzgleichspannungspotentials U_NG, das zum Betrieb der Wechselrichtereinrichtung benötigt wird, bereitstellen kann. Diese entspricht zumindest der Höhe der Spitzenspannung der zum Spannungsversorgungsnetz zu liefernden Wechselspannung.With the aid of the separation between the generator and grid DC circuit, the generator is not rigidly coupled to the network via bridge rectifiers and inverters, and therefore does not need to meet the requirement of having sufficient voltage level with at least the peak amplitude of the grid voltage available for operation of the inverter facility put. This is, for example, in a 230/400 V three-phase network 325 volts DC. Thus, regardless of the requirements of the voltage network to be supplied, the generator can provide any desired frequency and, within the limits of the DC converter device, any voltage level of the generated electrical energy that is converted in a generator DC voltage to the required level for generating a network-adapted AC voltage. wherein the DC-DC converter device causes an increase or decrease of the DC electrical voltage U _{GG of} the DC generator circuit so that it can provide the level of the DC network voltage U _NG , which is required for operating the inverter device. This corresponds at least to the height of Peak voltage of the AC voltage to be supplied to the power supply network.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel umfasst die Schaltung eine Überwachungs- und Steuervorrichtung, die ausgelegt ist, Messwerte in den Generatorkreis und/oder dem Gleichspannungskreis und/oder dem Netzkreis zu erfassen, die die von der Generatoreinrichtung an das Spannungsversorgungsnetz abgegebene Strom- Spannungs- und/oder Leistungswerte charakterisieren. Eine Überwachungs- und Steuervorrichtung kann vornehmlich der Steuerung der Gleichspannungswandlereinrichtung dienen, insbesondere der Höhe des zu erhöhenden oder abzusenkenden Gleichspannungspotential U_NG – U_GG und benötigt hierzu zumindest Kenntnis über die Höhe des Generator-Gleichspannungs-Potentials U_GG, des Netz-Gleichspannungspotentials U_NG und/oder der abgegebenen Netzspannung. Besonders vorteilhaft können daneben die fließenden Ströme oder abgegebenen Leistungen gemessen werden, um festzustellen, ob die Gleichspannungswandlereinrichtung in der Lage ist, das zu überbrückende Spannungspotential anzuheben bzw. abzusenken oder ob ein Überlastfall auftritt (zu große Potentialdifferenz). Im Fall eines Überlastfalls kann grundsätzlich eine Abschaltung der Gleichspannungswandlereinrichtung erfolgen, wobei zum einen Trennung des Gleichspannungskreises oder eine direkte Verbindung von Generator- und Netz-Gleichspannungskreis die Folge sein kann, d. h. eine vollständige Abschaltung des Stromgenerators, oder eine unmittelbare Kopplung von Generator- und Netz-Gleichspannungskreis, mit der Folge, dass eine nicht angepasste Gleichspannung zur Verfügung gestellt wird. Daneben ist im Überlastfall ein unterbrechungsfreier Einsatz der Gleichspannungswandlereinrichtung denkbar, so dass die Gleichspannungswandlereinrichtung im Rahmen ihrer Möglichkeiten versucht, das Generator-Gleichspannungspotential U_GG an das Netz-Gleichspannungspotential U_NG anzupassen, so dass lediglich eine minimierte Spannungslücke bei Versorgung des Spannungsversorgungsnetzes entsteht.In an advantageous embodiment, the circuit comprises a monitoring and control device which is designed to detect measured values in the generator circuit and / or the DC voltage circuit and / or the network, which supply the voltage and / or current supplied by the generator device to the power supply network Characterize performance values. A monitoring and control device can primarily serve the control of the DC voltage converter device, in particular the height of the DC voltage potential U _{NG -U} _GG to be increased or decreased, and requires at least knowledge of the magnitude of the generator DC potential U _GG , the grid DC potential U _NG and / or the delivered mains voltage. In addition, the flowing currents or output powers can be measured particularly advantageously in order to determine whether the DC-DC converter device is capable of raising or lowering the voltage potential to be bridged or whether an overload occurs (too great a potential difference). In the case of an overload case, in principle, a shutdown of the DC voltage converter device take place, which may be the result of a separation of the DC circuit or a direct connection of generator and mains DC circuit, ie a complete shutdown of the power generator, or an immediate coupling of generator and network Gleichleichungskreis, with the result that an unadjusted DC voltage is provided. In addition, an interruption-free use of the DC voltage converter device is conceivable in the event of an overload, so that the DC voltage converter device tries within its possibilities to adapt the generator DC potential U _GG to the grid DC potential U _NG , so that only a minimized voltage gap arises when supplying the voltage supply network.

Ist die Schaltung mit einer Überwachungs- und Steuervorrichtung vorgesehen, so ist es weiterhin vorteilhaft, einen steuerbaren Stromgenerator, insbesondere einen Stromgenerator mit Verbrennungsmotor als Generatoreinrichtung vorzusehen, wobei die elektrische Ausgangsleistung des Stromgenerators, insbesondere die Drehzahl eines Verbrennungsmotors mittels der Überwachung- und Steuervorrichtung gesteuert werden kann. Dabei kann grundsätzlich die Leistungsabgabe jedes steuerbaren Generators, der mechanische in elektrische Energie wandelt, beeinflusst werden, beispielsweise eine Gas- oder Dampfturbinengenerator, Diesel- oder Benzingenerator, etc. Somit kann die Überwachung- und Steuervorrichtung vorteilhaft dazu verwendet werden, die Gleichspannungswandlereinrichtung zum Angleichen des Generator-Gleichspannungspotentials U_GG an das Netz-Gleichspannungspotential U_NG zu steuern, und im Falle einer zu niedrigen (Überlastfall) oder einer zu hohen Generatorspannung, den Stromenergie produzierenden Stromgenerator derart zu steuern, dass die Spannung U_GG an die Spannung U_NG derart angeglichen werden kann, dass ein weiteres Angleichen mittels der Gleichspannungswandlereinrichtung möglich oder sogar unnötig ist. Somit lässt sich effizient die Erzeugung elektrischer Energie mit Hilfe eines steuerbaren Stromgenerators regeln, wobei dieser in gewissen Grenzen von der abzugebenden Energie an das Netz abweichen kann, und in diesen Grenzen die Gleichspannungswandlereinrichtung die Anpassung der beiden Spannungspotentiale vornehmen kann.If the circuit provided with a monitoring and control device, it is also advantageous to provide a controllable power generator, in particular a power generator with internal combustion engine as generator means, wherein the electrical output of the power generator, in particular the speed of an internal combustion engine are controlled by the monitoring and control device can. In this case, in principle, the power output of each controllable generator that converts mechanical into electrical energy can be influenced, for example a gas or steam turbine generator, diesel or gasoline generator, etc. Thus, the monitoring and control device can be used advantageously to the DC voltage converter means for adjusting the Generator DC potential U _GG to the grid DC potential U _NG to control, and in the case of too low (overload) or too high a generator voltage to control the current energy producing power generator such that the voltage U _{GG equalized} to the voltage U _NG may be that further matching by means of the DC voltage converter means is possible or even unnecessary. Thus, the generation of electrical energy can be efficiently controlled by means of a controllable current generator, which can deviate within certain limits of the energy to be emitted to the network, and within these limits, the DC voltage converter means can make the adjustment of the two voltage potentials.

Eine vorteilhafte Weiterentwicklung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, den steuerbaren Stromgenerator über eine Generatorsteuerleitung entsprechend der von der Generatoreinrichtung abgegebenen elektrischen Leistung zu steuern. Eine direkte Kopplung des steuerbaren Stromgenerators mit der Überwachungs- und Steuervorrichtung kann dazu dienen, den Stromgenerator entsprechend der Spannungsdifferenz U_NG – U_GG bzw. der zu liefernden und der abzugebenden Leistung derart zu steuern, dass eine verlässliche Bereitstellung elektrischer Energie der Generatoreinrichtung zur Einspeisung in das Netz erfolgen kann.An advantageous further development of the aforementioned embodiment provides for controlling the controllable current generator via a generator control line in accordance with the electrical power output by the generator device. A direct coupling of the controllable power generator with the monitoring and control device can be used to control the power generator according to the voltage difference U _NG - U _GG or to be delivered and the output power such that a reliable supply of electrical energy of the generator means for feeding in the network can be done.

Des Weiteren ist es durchaus sinnvoll, die Überwachungs- und Steuervorrichtung in der Generatoreinrichtung zu integrieren. Hierdurch kann insbesondere eine direkte Steuerung des Stromgenerators mittels der Überwachungs- und Steuervorrichtung kompakt ausgeführt werden.Furthermore, it makes sense to integrate the monitoring and control device in the generator device. In this way, in particular a direct control of the power generator by means of the monitoring and control device can be made compact.

Des Weiteren ist es bei Überwachung der Generatorschaltung mittels einer Überwachungs- und Steuervorrichtung vorteilhaft, die Gleichspannungswandlereinrichtung über eine Gleichspannungswandler-Steuerleitung entsprechend der von der Generatoreinrichtung abgegebenen elektrischen Leistung zu steuern, insbesondere ein- und auszuschalten. Wird beispielsweise eine elektrische Spannung vom Stromgenerator mit einem Generator-Gleichspannungspotential U_GG geliefert, das ausreicht, um die Anforderung an das Netz-Gleichspannungs-Potential U_NG zu erfüllen, insbesondere so dass U_GG ≥ U_NG ≥ Û gilt (Û = Spitzenspannung der Netzwechselspannung), so kann die Gleichspannungswandlereinrichtung abgeschaltet werden, wobei die beiden Gleichspannungskreise galvanisch miteinander verbunden werden können. Im Falle dass das Generator-Gleichspannungspotential U_GG kleiner als das erforderliche Netz-Gleichspannungspotential U_NG ist, insbesondere wenn U_GG < Û gilt, ist es erforderlich, die Gleichspannungswandlereinrichtung mittels der Überwachungs- und Steuervorrichtung zu aktivieren. Ist jedoch die Differenz zwischen Generator-Gleichspannungspotential U_GG und Netz-Gleichspannungspotential U_NG so groß, dass die Gleichspannungswandlereinrichtung nicht in der Lage ist, zusätzliche Spannung bereitzustellen, so kann die Überwachungs- und Steuervorrichtung durch Erhöhung der Drehzahl und der abgegebenen Leistung des Stromgenerators erreichen, dass die Potentialdifferenz zumindest in einen Bereich gebracht werden kann, in dem die Gleichspannungswandlereinrichtung in der Lage ist, eine adaptive Anpassung der vom Stromgenerator an das Netz abgegebene elektrische Leistung zu bewirken.Furthermore, when monitoring the generator circuit by means of a monitoring and control device, it is advantageous to control the DC voltage converter device via a DC-DC converter control line in accordance with the electrical power output by the generator device, in particular to switch it on and off. If, for example, an electrical voltage from the current generator with a generator DC potential U _GG supplied sufficient to meet the requirement for the mains DC potential U _NG , in particular so that U _GG ≥ U _NG ≥ Û holds (Û = peak voltage of AC mains voltage), so the DC voltage converter device can be switched off, wherein the two DC voltage circuits can be galvanically connected to each other. In the event that the generator DC potential U _{GG is} smaller than the required mains DC potential U _NG , in particular if U _GG <Û, it is necessary to activate the DC voltage converter means by means of the monitoring and control device. However, if the difference between generator DC potential U _GG and grid DC potential U _{NG is} so large that the DC-DC converter means is unable to provide additional voltage, then the monitoring and control device can achieve by increasing the speed and output power of the power generator in that the potential difference can be brought at least into a range in which the DC-DC converter device is capable of effecting an adaptive adaptation of the electrical power delivered by the current generator to the network.

Grundsätzlich kann die Gleichspannungswandlereinrichtung beliebig ausgeführt sein und beispielsweise zusätzliche Hilfsenergie-Spannungsquellen wie Akkumulatoren oder Batterien umfassen. Als besonders bevorzugt ist die Gleichspannungswandlereinrichtung jedoch als Gleichspannungs-Aufwärtswandler ausgelegt. Ein Aufwärtswandler, der auch als Hochsetzsteller, Boost-Konverter, Step-up-Konverter oder Aufwärtsregler bezeichnet wird, ist eine elektronische Schaltung zur Gleichspannungsumwandlung. Dabei ist der Betrag der Ausgangsspannung, die als Netz-Gleichspannungspotential U_NG an die Wechselrichtereinrichtung abgegeben werden kann, stets größer als der Betrag der Eingangsspannung U_GG des Generator-Gleichspannungspotentials. Grundsätzlich sind solche Aufwärtswandler durch die Zusammenschaltung einer Induktivität (Spule) in Reihe mit einer Freilaufdiode geschaltet, hinter der ein Ladekondensator die Ausgangsspannung aufsummiert. Die Spule wird durch einen Schalter, der in der Regel einen Halbleiterschaltelement wie GTO-Thyristor oder Transistor ist, gegen Masse geschaltet. An der Spule fällt nun die Eingangsspannung U_GG ab, wobei die Relation U_L = L· d / dtI_L gilt, mit U_L, I_L als Spannung und Strom der Induktivität und L dem Wert der Induktivität. Die Spule speichert dabei magnetische Energie in ihrem Magnetfeld. Wird der Schalter nun geöffnet, versucht die Spule der Lenzschen Regel folgend den Stromfluss aufrechtzuerhalten, so dass die Spannung am wechselrichterseitigen Ende sehr schnell ansteigt, bis sie die am Kondensator anliegende Spannung U_NG übersteigt und die Diode öffnet. Ein Strom fließt in diesem ersten Moment unverändert weiter und lädt den Kondensator weiter auf. Durch Aufrechterhaltung des Stromflusses baut sich das Magnetfeld der Spule ab und gibt seine Energie durch weitere Aufladung des Kondensators ab, in dem er den Strom durch die Diode in den Ladekondensator und zur Last treibt. Durch diese pulsförmige Aufladung des Ladekondensators ist ist die Ausgangspannung eines Aufwärtswandlers stets größer als die Eingangsspannung. Entsprechend der Dimensionierungen der Spule und des Kondensators können sehr hohe Spannungsunterschiede überschritten werden, sofern die energieeinspeisende Spannungsquelle, in diesem Fall der Stromgenerator, genügend Leistung zu Verfügung stellen kann. Statt einer Diode D kann ein weiterer Schalter eingesetzt werden, der in Verbindung mit einer Steuerlogik, die insbesondere von der Überwachungs- und Steuervorrichtung zur Verfügung gestellt werden kann, die Funktion der Diode gesteuert nachahmen kann, so dass auch die Funktion eines Abwärtswandlers mit Hilfe dieser Schaltungsanordnung und geeigneten schaltungstechnischen Maßnahmen nachgeahmt werden kann.In principle, the DC-DC converter device can be configured as desired and can comprise, for example, additional auxiliary power voltage sources such as accumulators or batteries. However, the DC-DC converter device is particularly preferably designed as a DC boost converter. An up-converter, also referred to as a boost converter, boost converter, step-up converter, or boost regulator, is an electronic DC conversion circuit. In this case, the amount of the output voltage, which can be output to the inverter device as a grid DC potential U _NG , always greater than the amount of the input voltage U _{GG of} the generator DC potential. Basically, such boost converters are connected by the interconnection of an inductor (coil) in series with a freewheeling diode, behind which a charging capacitor sums up the output voltage. The coil is grounded by a switch, which is typically a semiconductor switching element such as GTO thyristor or transistor. At the coil now drops the input voltage U _GG , the relation U _L = L · d / dtI _L applies, with U _L , I _L as the voltage and current of the inductance and L the value of the inductance. The coil stores magnetic energy in its magnetic field. If the switch is now opened, following the Lenz rule, the coil will try to maintain the current flow, so that the voltage at the inverter end rises very rapidly until it exceeds the voltage U _NG applied to the capacitor and opens the diode. A current flows unchanged in this first moment and continues charging the capacitor. By maintaining the current flow, the magnetic field of the coil degrades and releases its energy by further charging the capacitor by driving the current through the diode into the charging capacitor and to the load. As a result of this pulse-shaped charging of the charging capacitor, the output voltage of a step-up converter is always greater than the input voltage. According to the dimensions of the coil and the capacitor very high voltage differences can be exceeded, provided that the power-feeding voltage source, in this case the power generator, can provide sufficient power available. Instead of a diode D, a further switch can be used, which can mimic the function of the diode controlled in conjunction with a control logic, which can be provided in particular by the monitoring and control device, so that the function of a buck converter with the aid of this Circuit arrangement and appropriate circuitry measures can be imitated.

Wird nach obigem Ausführungsbeispiel als Gleichspannungswandlereinrichtung ein Aufwärtswandler verwendet, so ist es besonders vorteilhaft, dass der Aufwärtswandler eine Freilaufdiode und eine Spannungswandlerschalteinrichtung, insbesondere einen Hochleistungs-Halbleiterschalter wie IGBT oder ähnliches umfasst, wobei die für den Aufwärtswandlerbetrieb erforderliche Induktivität durch die Induktivität der Generatoreinrichtung selbst, insbesondere durch die Ständerwicklung eines in der Generatoreinrichtung umfassten Generators und die Ladekapazität des Ladekondensators durch einen Glättungskondensator des Gleichspannungskreises bereitgestellt werden kann. Aufgrund der schaltungstechnischen Konfiguration des Stromgenerators kann bei Ausführung der Gleichspannungswandlereinrichtung als Aufwärtswandler auf den Einsatz einer getrennten Induktivität, die durch Speicherung der magnetischen Energie und gezielter Abgabe der Energie an einen Ladekondensator eine Spannungserhöhung nach vorgestelltem Ablauf bereitstellen kann, verzichtet werden. Die notwendige magnetische Induktivität kann durch die bereits vorhandene Ständerwicklung des Stromgenerators, insbesondere die Ständerwicklungen eines Synchrongenerators realisiert werden. Hiermit lassen sich insbesondere Kosten für eine zusätzliche Induktivität sowie Gewicht sparen. Des Weiteren sind die Ständerwicklungen des Stromgenerators insbesondere für die hohen Leistungen, die von dem Stromgenerator abzugeben sind, ausgelegt und erfülleb somit die notwendige Spezifikation für die erforderliche Hochsetzsteller-Induktivität des Aufwärtsstellers.If a boost converter is used according to the above exemplary embodiment as a DC-DC converter, it is particularly advantageous that the boost converter comprises a free-wheeling diode and a voltage converter switching device, in particular a high-power semiconductor switch such as IGBT or the like, wherein the inductance required for the up-converter operation by the inductance of the generator device itself, can be provided in particular by the stator winding of a generator included in the generator means and the charging capacity of the charging capacitor by a smoothing capacitor of the DC voltage circuit. Due to the circuit configuration of the power generator, when the DC-DC converter device is implemented as a step-up converter, it is possible to dispense with the use of a separate inductance, which can provide a voltage increase according to the presented procedure by storing the magnetic energy and selectively delivering the energy to a charging capacitor. The necessary magnetic inductance can be realized by the already existing stator winding of the power generator, in particular the stator windings of a synchronous generator. This can in particular save costs for an additional inductance and weight. Furthermore, the stator windings of the power generator are designed in particular for the high powers that are to be delivered by the power generator and thus fulfill the necessary specification for the required boost converter inductance of the up-converter.

Bei Verwendung der vorgenannten Bauteile zur vorteilhaften Ausführung eines Aufwärtswandlers ist es weiterhin vorteilhaft, dass die Gleichrichtereinrichtung und/oder die Gleichspannungswandlereinrichtung schnell schaltende Dioden, insbesondere Schottky- oder Siliziumcarbid-Dioden umfassen, um Taktfrequenzen des Aufwärtswandlers im Bereich bis zu 100 kHz zu ermöglichen. Somit müssen neben einem leistungsfähigen Ladekondensators des Aufwärtswandlers zuverlässige, langlebige und schnellschaltende Dioden für hohe Leistungen bereitgestellt werden. Der Einsatz von Schottky- oder Siliziumcarbid-Dioden ermöglichen extrem hohe Taktfrequenzen bei hohen Schaltleistungen im vorgenannten Frequenzbereich und ermöglichen dadurch die Überwindung von sehr großen Spannungsdifferenzen zwischen Generator-Gleichspannungspotential U_GG und Netz-Gleichspannungspotential U_NG.When using the aforementioned components for the advantageous embodiment of a boost converter, it is also advantageous that the rectifier device and / or the DC converter means comprise fast switching diodes, in particular Schottky or silicon carbide diodes to allow clock frequencies of the boost converter in the range up to 100 kHz. Thus, in addition to a powerful charging capacitor of the boost converter, reliable, long-lived and high-speed fast-switching diodes must be provided. The use of Schottky or silicon carbide diodes allow extremely high clock frequencies at high switching power in the aforementioned frequency range, thereby enabling the Overcoming of very large voltage differences between generator DC potential U _GG and mains DC potential U _NG .

Zur Erhöhung der Einschaltgeschwindigkeit und zur Überbrückung von kurzen Ausschaltphasen des Stromgenerators ist es vorteilhaft möglich, dass der Gleichspannungskreis des Weiteren eine Anlaufspannungsquelle umfasst, die dazu ausgelegt ist, in der Anlaufphase der Generatoreinrichtung ein Anlaufgleichspannungspotential U_NG, U_GG zumindest so lange in den Gleichspannungskreis einzuspeisen, bis die Gleichrichtereinrichtung ein ausreichendes Generator-Gleichspannungspotential U_GG im Generator-Gleichspannungskreis bereitstellen kann. Hierzu kann eine Anlaufspannungsquelle, insbesondere eine Batterie, Akkumulatoren oder sonstige Hilfsspannungsquellen entweder direkt in den Generator-Gleichspannungskreis ein Anlauf-Gleichspannungspotential U_NG oder, falls eine Netzgleichspannung von der Anlaufspannungsquelle bereitgestellt werden kann, die zumindest so groß wie die maximale Amplitude Û der Netzspannung ist, direkt in den Netz-Gleichspannungskreis eingespeist werden. Mittels dieser direkten Einspeisung von Spannung einer Anlaufspannungsquelle kann nach Aktivieren innerhalb kürzester Zeit eine Spannung erzeugt werden, bis der Stormgenerator eine so hohe Generatorgleichspannung liefern kann, dass zumindest mit Hilfe der Gleichspannungswandlereinrichtung eine genügend große generatorseitig lieferbare Netzgleichspannung bereitgestellt werden kann. Eine solche Anlaufspannungsquelle kann insbesondere beim Einsatz von unterbrechungsfreien Stromversorgungen, beispielsweise zur Herstellung der Netzsicherheit in Krankenhäusern, sonstigen medizinischen Einrichtungen oder beim Betrieb von Rechenzentren eingesetzt werden.In order to increase the turn-on speed and to bridge short turn-off phases of the current generator, it is advantageously possible that the DC voltage circuit further comprises a start-up voltage source which is designed to feed a starting DC voltage potential U _NG , U _GG into the DC voltage circuit at least during the start-up phase of the generator device until the rectifier device can provide a sufficient generator DC potential U _GG in the generator DC voltage circuit. For this purpose, a starting voltage source, in particular a battery, accumulators or other auxiliary voltage sources either directly into the generator DC voltage circuit a starting DC potential U _NG or, if a DC voltage can be provided by the starting voltage source, which is at least as large as the maximum amplitude Û of the mains voltage , are fed directly into the grid DC circuit. By means of this direct feed of voltage of a starting voltage source, a voltage can be generated after activation within a very short time until the current generator can deliver such a high generator direct voltage that at least with the help of the DC voltage converter means a sufficient DC voltage can be provided on the generator side. Such a starting voltage source can be used in particular when using uninterruptible power supplies, for example for the production of network security in hospitals, other medical facilities or in the operation of data centers.

Umfasst die Schaltung eine Anlaufspannungsquelle, so ist es weiterhin vorteilhaft, dass zwischen der Anlaufspannungsquelle und dem Gleichspannungskreis eine weitere Gleichspannungswandlereinrichtung angeordnet ist, die ausgelegt ist, das Potential der Anlaufspannungsquelle in das Potential des Gleichspannungskreises, insbesondere in das Potential des Netz-Gleichspannungskreises zu wandeln. Somit kann es vorteilhaft möglich sein, neben der Gleichspannungswandlereinrichtung, die das Generator-Gleichspannungspotential U_GG in das Netz-Gleichspannungspotential U_NG wandelt, eine weiteren Gleichspannungswandlereinrichtung vorzusehen, die dazu dient, die Spannung der Anlaufspannungsquelle in die erforderliche Spannung des Generator-Gleichspannungskreises, insbesondere in das Potential des Netz-Gleichspannungskreises U_NG zu wandeln. Somit kann die Anlaufspannungsquelle beliebig und besonders kostengünstig durch Verwendung handelsüblicher Batterien oder Akkumulatoren ausgeführt sein und die Anpassung an die Höhe des Gleichspannungskreises kann mittels einer weiteren Gleichspannungswandlereinrichtung vorgenommen werden.If the circuit comprises a starting voltage source, it is furthermore advantageous that a further direct voltage converter device is arranged between the starting voltage source and the direct voltage circuit, which is designed to convert the potential of the starting voltage source into the potential of the direct current circuit, in particular into the potential of the mains direct current circuit. Thus, it may be advantageously possible, in addition to the DC voltage converter means, which converts the generator DC potential U _GG in the grid DC potential U _NG , provide a further DC voltage converter means serving the voltage of the starting voltage source in the required voltage of the generator DC voltage circuit, in particular into the potential of the network DC voltage circuit U _NG to convert. Thus, the starting voltage source can be performed arbitrarily and particularly inexpensively by using commercially available batteries or accumulators and the adaptation to the height of the DC voltage circuit can be made by means of another DC voltage converter means.

Wie bereits oben angesprochen, ist es dabei vorteilhaft denkbar, dass die Anlaufspannungsquelle als wiederaufladbare Anlaufspannungsquelle, insbesondere als wiederaufladbarer Akkumulator, Kondensator etc. ausgelegt ist. Mittels einer wiederaufladbaren Anlaufspannungsquelle wird eine wartungsarme und besonders langlebige Ausführung eines Stromgenerators zur Verfügung gestellt, der über extrem kurze Einschaltzeiten verfügen kann.As already mentioned above, it is advantageously conceivable that the starting voltage source is designed as a rechargeable starting voltage source, in particular as a rechargeable accumulator, capacitor, etc. By means of a rechargeable starting voltage source, a low-maintenance and particularly durable design of a power generator is provided which can have extremely short turn-on times.

Umfasst die Stromgeneratorschaltung eine Anlaufspannungsquelle in Verbindung mit einer zweiten Gleichspannungswandlereinrichtung, so ist es bei wiederaufladbaren Anlaufspannungsquellen besonders vorteilhaft, dass die weitere Gleichspannungswandlereinrichtung eine Kombination aus einer Aufwärts- und einer Abwärtswandlerschaltung umfassen kann, die in der Regel mindestens zwei Freilaufdioden, eine Induktivität, eine Aufwärtswandlerschalteinrichtung und einer Abwärtswandlerschalteinrichtung umfasst, wobei die Gleichspannungswandlereinrichtung ausgelegt ist, zur Einspeisung des Potentials der Anlaufspannungsquelle in das Potential des Gleichspannungskreises zu wandeln und zur Aufladung das Potential des Gleichspannungskreises in das Potential der Anlaufspannungsquelle zu wandeln. Mit anderen Worten, ist es besonders vorteilhaft, zur Ankopplung einer wiederaufladbaren Anlaufspannungsquelle an den Gleichspannungskreis zwischen Brückengleichrichter und Wechselrichter des Stromgenerators sowohl eine Aufwärts- als auch eine Abwärtswandlerschaltung vorzusehen, wobei die Aufwärtswandlerschaltung dazu dient, die meist geringe Spannung der Anlaufspannungsquelle in die hohe Gleichspannung des Gleichspannungskreises zu überführen, und die Abwärtswandlerschaltung dazu dient, die hohe Spannung des Gleichspannungskreises, die während des Betriebs des Stromgenerators herrscht, auf eine niedrige Spannung der wiederaufladbaren Anlaufspannungsquelle zu wandeln, um diese mit dieser Spannung während des Betriebs des Stromgenerators aufladen zu können. Besonders kompakt und einfach kann eine kombinierte Auf- und Abwärtswandlerschaltung mittels zweier Freilaufdioden, einer Induktivität, einer Aufwärtswandlerschalteinrichtung (ein entsprechendes Schaltelement) und einer Abwärtswandlerschalteinrichtung (ein entsprechendes Schaltelement) ausgeführt werden, wobei durch gesteuerten Betrieb der Aufwandswandler- und Abwärtswandlerschalteinrichtung, insbesondere der darin enthaltenen Halbleiterschalter, die Aufwärtswandlung zur Versorgung des Gleichspannungskreises bzw. die Abwärtswandlung zur Aufladung der Anlaufspannungsquelle geregelt werden kann. Somit kann auf eine getrennte Aufladesteuerung der Anlaufspannungsquelle verzichtet werden und eine möglichst kompakte und einfache Bauform des Generators ermöglicht werden, wobei Induktivität sowie der ohnehin im Gleichspannungskreis befindliche Kondensator sowohl für die Aufwärts- als auch für die Abwärtswandlung genutzt werden kann.If the current generator circuit comprises a starting voltage source in conjunction with a second DC voltage converter, it is particularly advantageous in the case of rechargeable starting voltage sources that the further DC converter means may comprise a combination of an up and a down converter circuit, usually at least two freewheeling diodes, an inductance, a boost converter switching device and a down converter switching device, wherein the DC voltage converter device is designed to convert to the potential of the starting voltage source to feed into the potential of the DC voltage circuit and to charge the potential of the DC voltage circuit to the potential of the starting voltage source for charging. In other words, it is particularly advantageous to provide for coupling a rechargeable start-up voltage source to the DC circuit between the bridge rectifier and inverter of the power generator both an up and a down converter, wherein the boost converter circuit serves to convert the usually low voltage of the starting voltage source in the high DC voltage of DC circuit to convert, and the down converter circuit serves to convert the high voltage of the DC circuit, which prevails during operation of the power generator, to a low voltage of the rechargeable starting voltage source in order to charge this voltage during operation of the power generator can. Particularly compact and simple, a combined up and down converter circuit by means of two freewheeling diodes, an inductor, a Aufwärtswandlerschalteinrichtung (a corresponding switching element) and a Abwärtswandlerschalteinrichtung (a corresponding switching element) are executed, which by controlled operation of the Aufwandswandler- and Abwärtswandlerschalteinrichtung, in particular those contained therein Semiconductor switch, the up-conversion to supply the DC voltage circuit or the down-conversion to charge the starting voltage source can be controlled. Thus, a separate charge control of the starting voltage source can be dispensed with and a possible compact and simple design of the generator can be made possible, wherein inductance and the already located in the DC voltage circuit capacitor can be used for both the upward and the downward conversion.

Grundsätzlich können die vorgenannten Schaltungsvarianten mittels diskreter Bauteile realisiert werden. Aus dem Stand der Technik ist jedoch bereits ein vorkonfektioniertes Halbleiterleistungsmodul bekannt, das in der Regel zum Betrieb eines dreiphasigen Drehstrommotors dient und hierzu als wesentliche Elemente eine Brückengleichrichterschaltung, einen Wechselrichter und verschiedene Schaltelemente zum Betrieb einer Bremse eines Motors umfasst. Solche Module werden als CIB-Module (Converter, Inverter, Break)-Module vorkonfektioniert auf dem Markt zu einem günstigen Preis und in einem breitgefächerten Leistungsspektrum angeboten. Besonders vorteilhaft lassen sich solche vorkonfektionierten Halbleiterleistungsmodule, insbesondere CIB-Module innerhalb eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Stromgeneratorschaltung einsetzen. So kann der darin enthaltene Brückengleichrichter als Gleichrichtereinrichtung und der Wechselrichter als Wechselrichtereinrichtung dienen, wobei die Bauteile der vorgesehenen Bremsenschaltung zumindest teilweise für die Gleichspannungswandlereinrichtung verschaltet werden können. Somit sind ein Großteil der erforderlichen Halbleiterbauelemente bereits in einem vorkonfektionierbaren und in hohen Stückzahlen verfügbaren Halbleiterleistungsmodulen enthalten, so dass die Herstellungskosten für eine erfindungsgemäß Stromgeneratorschaltung sehr gering ausfallen können.In principle, the aforementioned circuit variants can be realized by means of discrete components. However, from the prior art, a prefabricated semiconductor power module is already known, which usually serves for the operation of a three-phase AC motor and this includes as essential elements a bridge rectifier circuit, an inverter and various switching elements for operating a brake of a motor. Such modules are offered as CIB modules (converter, inverter, break) modules pre-assembled in the market at a favorable price and in a wide range of services. Such prefabricated semiconductor power modules, in particular CIB modules, can be used particularly advantageously within an exemplary embodiment of a power generator circuit according to the invention. Thus, the bridge rectifier contained therein can serve as a rectifier device and the inverter as an inverter device, wherein the components of the proposed brake circuit can be at least partially connected for the DC voltage converter device. Thus, a large part of the required semiconductor devices are already included in a prefabricatable and available in large quantities semiconductor power modules, so that the manufacturing cost of an inventive power generator circuit can turn out very low.

In einem Nebenaspekt wird ein Nachrüstverfahren zur Nachrüstung eines Stromgenerators vorgeschlagen, wobei der Stromgenerator bereits eine Gleichrichtereinrichtung, einen Gleichspannungskreis und eine Wechselrichtereinrichtung umfasst. Das Nachrüstverfahren schlägt vor, den Stromgenerator mit einer Schaltung wie vorstehend beschrieben auszurüsten. Hierzu wird zumindest im Gleichspannungskreis zwischen Gleichrichtereinrichtung und Wechselrichtereinrichtung eine Gleichspannungswandlereinrichtung eingeschaltet, die ausgelegt ist, das von der Gleichrichtereinrichtung bereitgestellte Generator-Gleichspannungspotential U_GG des Generator-Gleichspannungskreises in ein Netz-Gleichspannungspotential U_NG des Netz-Gleichspannungskreises für die Versorgung der Wechselrichtereinrichtung zu wandeln. Insbesondere moderne Stromgeneratoren verfügen über einen Leistungselektronikschaltkreis, der einen Gleichspannungskreises (DC-Zwischenkreis) umfasst. Durch Auftrennung des Gleichspannungskreises und Einschaltung einer Gleichspannungswandlereinrichtung können bestehende Stromgeneratoren in einfacher Art und Weise kostengünstig in erfindungsgemäße Stromgeneratoren umgerüstet werden, und können somit alle Vorteile der Erfindung genießen.In a secondary aspect, a retrofitting method for retrofitting a power generator is proposed, wherein the power generator already comprises a rectifier device, a DC voltage circuit and an inverter device. The retrofit method proposes to equip the power generator with a circuit as described above. For this purpose, a DC voltage converter device is switched on, at least in the DC voltage circuit between the rectifier device and inverter device, which is designed to convert the generator DC voltage potential U _{GG of} the generator DC voltage circuit provided by the rectifier device into a DC power supply potential U _{NG of} the mains DC voltage circuit for the supply of the inverter device. In particular, modern power generators have a power electronics circuit that includes a DC circuit (DC link). By separating the DC voltage circuit and switching a DC voltage converter means existing power generators can be inexpensively converted into electricity generators according to the invention in a simple manner, and thus can enjoy all the advantages of the invention.

Im Nachfolgenden soll die Erfindung anhand von lediglich Ausführungsbeispielen zeigenden Figuren näher erläutert werden. Dabei kann ein Fachmann, abweichend von den vorgestellten Ausführungsbeispielen, durch Kombination sinnvoller Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele zu weiteren Varianten der Erfindung kommen.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to figures showing only embodiments. In this case, a person skilled in the art, deviating from the presented exemplary embodiments, can come to further variants of the invention by combining meaningful features of the individual exemplary embodiments.

Es zeigen:Show it:

1: ein Schaltungsbeispiel eines Stromgenerators für ein Spannungsnetz des Stands der Technik; 1 FIG. 1 shows a circuit example of a current generator for a voltage network of the prior art; FIG.

2: eine weitere Stromgeneratorschaltung des Standes der Technik zur Versorgung eines Spannungsversorgungsnetzes; 2 a further current generator circuit of the prior art for supplying a power supply network;

3: ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromgeneratorschaltung; 3 a first embodiment of a power generator circuit according to the invention;

4: ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromgeneratorschaltung; 4 a second embodiment of a power generator circuit according to the invention;

5: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromgeneratorschaltung; 5 a further embodiment of a power generator circuit according to the invention;

6: ein Leistungsdrehzahl- und Spannungsdiagramm in Abhängigkeit der abgegebenen Leistung zur Erläuterung der Wirkungsweise einer Überwachungs- und Steuervorrichtung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stromgenerators; 6 an output speed and voltage diagram as a function of the output power for explaining the operation of a monitoring and control device of an embodiment of a power generator according to the invention;

7: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromgeneratorschaltung; 7 a further embodiment of a power generator circuit according to the invention;

8: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromgeneratorschaltung; 8th a further embodiment of a power generator circuit according to the invention;

9: eine Aufwärtswandler- und Abwärtswandlerschaltung aus dem Stand der Technik; 9 a prior art boost / buck converter circuit;

10: ein ausführliches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Stromgenerators; 10 a detailed circuit diagram of an embodiment of a power generator;

11: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stromgenerators; 11 a further embodiment of a power generator according to the invention;

12: die Grundkomponente eines DIP-CIB Moduls des Standes des Technik. 12 : the basic component of a DIP-CIB module of the prior art.

1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Stromgeneratorschaltung. Diese umfasst eine Generatoreinrichtung 02, die einen Drehstrom mittels dreier Generatorspulen erzeugen kann. Eine solche Generatoreinrichtung 02 besteht üblicherweise aus einem Stromgenerator, der mittels einer externen mechanischen Energiequelle, beispielsweise einem Windrad, einem Wasserrad oder einem Verbrennungsmotor, beispielsweise Dieselaggregat, Benzinaggregat oder Gasturbine betrieben werden kann. Die Generatoreinrichtung 02 liefert mittels eines Generatorkreises 06 die erzeugte dreiphasige Generatorspannung an eine Gleichrichtereinrichtung 03, die beispielsweise einen Dreibrückengleichrichter mit sechs Dioden umfassen kann. Mittels der Gleichrichtereinrichtung 03 wird aus dem Generatorwechselstrom eine Gleichspannung eines Gleichspannungskreises 07 erzeugt. Diese Gleichspannung wird einer Wechselrichtereinrichtung 04, die üblicherweise drei Wechselrichterbrücken mit sechs Halbleiterschaltelemente, insbesondere IGBTs umfasst, zugeführt. Diese kann daraus einen Drehstrom, bzw. im Falle einer einzigen Halbbrücke einen Wechselstrom erzeugen, der einen zu versorgendem Spannungsnetz 05 mit angeschlossenen Verbrauchern zugeführt werden kann. Im Falle der Generatorschaltung der 1 wird an die Generatorenrichtung die Forderung gestellt, zumindest eine so hohe Wechselspannung zu erzeugen, dass die maximale Spannungsamplitude ausreicht, um eine Wechselspannung des Netzkreises zu erzeugen, die die geforderte Maximalamplitude bereitstellen kann. Hierzu ist es erforderlich, dass die Generatoreinrichtung zumindest mit einer entsprechenden hohen Drehzahl betrieben wird, um eine möglichst ausreichende Spannung des Gleichspannungskreises bereitzustellen. 1 shows a current generator circuit known from the prior art. This comprises a generator device 02 which can generate a three-phase current by means of three generator coils. Such a generator device 02 usually consists of a power generator that can be operated by means of an external mechanical energy source, such as a wind turbine, a water wheel or an internal combustion engine, such as diesel engine, gasoline engine or gas turbine. The generator device 02 delivered by means of a generator circuit 06 the generated three-phase generator voltage to a rectifier device 03 , which may include, for example, a three-phase rectifier with six diodes. By means of the rectifier device 03 From the generator alternating current is a DC voltage of a DC voltage circuit 07 generated. This DC voltage is an inverter device 04 , which usually three inverter bridges with six semiconductor switching elements, in particular IGBTs supplied. This can generate a three-phase current, or in the case of a single half-bridge, an alternating current, which is a voltage network to be supplied 05 can be supplied with connected consumers. In the case of the generator circuit of 1 the demand is placed on the generator direction to generate at least such a high alternating voltage that the maximum voltage amplitude is sufficient to generate an AC voltage of the network, which can provide the required maximum amplitude. For this purpose, it is necessary that the generator device is operated at least at a corresponding high speed in order to provide the most possible voltage of the DC voltage circuit.

2 zeigt eine im Stand der Technik bekannte Weiterentwicklung der in 1 gezeigten Generatorschaltung. Dabei wird, ausgehend davon, dass die Generatoreinrichtung 02 nicht in der Lage ist, eine ausreichend hohe Generatorspannung im Generatorkreis 06 zu erzeugen, zwischen Generatoreinrichtung 02 und Gleichrichtereinrichtung 03 eine generatorseitige Transformatoreinrichtung 11 zwischengeschaltet, um die Spannung zwischen Generatoreinrichtung 02 und Gleichrichtereinrichtung 03 derart anzuheben, um ausreichend Spannung für den Gleichspannungskreis 07 entsprechend der maximalen Amplitude der in das Netz einzuspeisenden Spannung bereitzustellen. Des Weiteren ist im Gleichspannungskreis 07 ein Glättungskondensator vorgesehen, um die Restwelligkeit der aus der Gleichrichtereinrichtung 03 hervorgehenden Generatorspannung zu glätten. 2 shows a known in the art development of in 1 shown generator circuit. In this case, assuming that the generator device 02 is not capable of a sufficiently high generator voltage in the generator circuit 06 to generate between generator means 02 and rectifier device 03 a generator-side transformer device 11 interposed to the voltage between generator means 02 and rectifier device 03 so as to raise enough voltage for the DC voltage circuit 07 provide according to the maximum amplitude of the voltage to be fed into the network. Furthermore, in the DC circuit 07 a smoothing capacitor is provided to remove the residual ripple from the rectifier device 03 smooth out the generator voltage.

3 stellt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Generatorschaltung 01 dar und entspricht in ihrem wesentlichen Aufbau der in 1 gezeigten Generatorschaltung des Stands der Technik. Sie umfasst eine Generatoreinrichtung 02, die mittels eines dreiphasigen Generatorkreises 06 elektrische Energie an eine Gleichrichtereinrichtung 03 liefert. Zwischen der Gleichrichtereinrichtung 03 und der Wechselrichtereinrichtung 04 ist eine Gleichspannungswandlereinrichtung 12 in den Gleichspannungskreis zwischengeschaltet, die den Gleichspannungskreis in einen Generator-Gleichspannungskreis 26 und in einen Netz-Gleichspannungskreis 27 aufspaltet. Die Gleichrichtereinrichtung 03 wandelt die Generatorwechselspannung in ein Generator-Gleichspannungspotential U_GG des Generator-Gleichspannungskreises 26 um. In dem Fall, in dem das Generator-Gleichspannungspotential U_GG kleiner bzw. größer als das notwendige Netz-Gleichspannungspotential U_NG ist, wandelt die zwischengeschaltete Gleichspannungswandlereinrichtung 12 das zu niedrige bzw. das zu hohe Gleichspannungspotential U_GG in das erforderliche Netz-Gleichspannungspotential U_NG um. Das Netz-Gleichspannungspotential U_NG wird wiederum einer Wechselrichtereinrichtung 04 zugeführt, die hieraus Wechsel- bzw. Drehstrom zur Versorgung des Netzes 05 erzeugt. Zwischen dem Netz 05 und der Wechselrichtereinrichtung 04 ist ein Netzkreis 08 geschaltet, der Filtereinrichtungen 09 sowie beispielsweise einen weiterhin zur Anpassung des Spannungspotentials verwendbaren Netztransformator 10 umfasst, der in diesem Fall als Dyn5-Transformator ausgelegt ist. Der Dyn5-Transformator ist oberspannungsseitig in Dreiecksschaltung und unterspannungsseitig in Sternschaltung mit herausgeführtem Nullleiter und einer Phasenverschiebung von 5 × 30° also 150° zwischen Primär- und Sekundärseite ausgelegt. Somit stehen am Ausgang des Netztransformators 10 die drei Phasen sowie der Nullleiter zur Versorgung des Netzes 05 zur Verfügung. 3 shows a first embodiment of a generator circuit according to the invention 01 and corresponds in its essential structure to the in 1 shown generator circuit of the prior art. It comprises a generator device 02 , by means of a three-phase generator circuit 06 electrical energy to a rectifier device 03 supplies. Between the rectifier device 03 and the inverter device 04 is a DC-DC converter device 12 interposed in the DC voltage circuit, the DC voltage circuit in a generator DC voltage circuit 26 and into a mains DC circuit 27 splits. The rectifier device 03 converts the generator AC voltage into a generator DC potential U _{GG of} the generator DC voltage circuit 26 around. In the case in which the generator DC potential U _{GG is} smaller or larger than the required mains DC voltage potential U _NG , the intermediate DC voltage converter device converts 12 the too low or too high DC potential U _GG in the required grid DC potential U _NG to. The grid DC potential U _NG , in turn, an inverter device 04 supplied, the alternating or three-phase current for the supply of the network 05 generated. Between the net 05 and the inverter device 04 is a network 08 switched, the filter devices 09 as well as, for example, a further suitable for adapting the voltage potential mains transformer 10 which in this case is designed as a Dyn5 transformer. The Dyn5 transformer is designed on the high voltage side in delta connection and on the undervoltage side in star connection with outgoing neutral and a phase shift of 5 × 30 °, ie 150 ° between primary and secondary side. Thus stand at the output of the power transformer 10 the three phases as well as the neutral to supply the network 05 to disposal.

4a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Stromgeneratorschaltung 01, die wiederum eine Generatoreinrichtung 02, eine Gleichrichtereinrichtung 03 sowie eine Wechselrichtereinrichtung 04 umfasst, wobei der Gleichspannungskreis wiederum in einen Generator-Gleichspannungskreis 26 und einen Netz-Gleichspannungskreis 27 durch Zwischenschaltung einer Gleichspannungswandlereinrichtung 12 unterteilt ist. Aufbauend auf der Schaltung nach 3 umfasst die in 4a dargestellte Schaltung eine Steuer- und Überwachungseinrichtung 29, die die Eingangsspannungen im Generatorkreis 06 der Generatoreinrichtung 02 misst, und abhängig davon mittels einer Gleichspannungswandler-Steuerleitung 30 den Betrieb der Gleichspannungswandlereinrichtung 12 steuert. Reicht die Spannungshöhe der vom Generator 02 erzeugten Generatorspannung im Generatorkreis 06 aus, so wird die Gleichspannungswandlereinrichtung deaktiviert, so dass Generator-Gleichspannungskreis 26 und Netz-Gleichspannungskreis 27 galvanisch leitend miteinander verbunden sind. Weicht allerdings die vom Generator 02 gelieferte Generatorwechselspannung nicht aus, um das erforderliche Netzgleichspannungspotential U_NG bereitzustellen, so wird die Gleichspannungswandlereinrichtung 12 aktiviert, um das Generator-Gleichspannungspotential U_GG entsprechend anzuheben. 4a shows a further embodiment of a power generator circuit 01 which in turn is a generator device 02 , a rectifier device 03 and an inverter device 04 includes, wherein the DC voltage circuit in turn into a generator DC voltage circuit 26 and a mains DC circuit 27 by interposition of a DC voltage converter device 12 is divided. Based on the circuit after 3 includes the in 4a illustrated circuit a control and monitoring device 29 indicating the input voltages in the generator circuit 06 the generator device 02 measures, and depending on it by means of a DC-DC converter control line 30 the operation of the DC voltage converter device 12 controls. Is the voltage level enough for the generator? 02 generated generator voltage in the generator circuit 06 off, the DC-DC converter device is deactivated, so that generator DC voltage circuit 26 and mains DC circuit 27 are electrically connected to each other. However, differs from the generator 02 supplied alternator voltage is not sufficient to provide the required DC voltage potential U _NG , so is the DC voltage converter means 12 activated to to raise the generator DC potential U _GG accordingly.

4b zeigt eine alternative Ausführung gegenüber 4a einer Stromgeneratorschaltung 01, wobei die Überwachungs- und Steuereinrichtung 29 nun dazu dient, einen steuerbaren Stromgenerator 02 zu steuern. Stellt die Überwachungs- und Steuereinrichtung 29 fest, dass die Spannung im Generatorkreis 06 nicht ausreicht, um selbst bei aktivierter Gleichspannungswandlereinrichtung 12 das erforderliche Netz-Gleichspannungspotential U_NG bereitzustellen, so bewirkt die Steuer- und Überwachungseinrichtung 29 mittels einer Generator-Steuerleitung 28 die Erhöhung der Drehzahl eines Verbrennungsmotor, der den Generator antreibt. Dies erfolgt durch eine gezielte Beeinflussung einer ECU (Electronic Control Unit) der Verbrennungsmaschine, so dass die Generatoreinrichtung 02 eine erhöhte Spannung im Generatorkreis 06 bereitstellt, wobei zumindest bei aktivierter Gleichspannungswandlereinrichtung 12 die notwendige Höhe des Netz-Gleichspannungspotentials U_NG 27 erreicht werden kann. 4b shows an alternative embodiment 4a a power generator circuit 01 , wherein the monitoring and control device 29 now serves a controllable power generator 02 to control. Represents the monitoring and control device 29 notice that the voltage in the generator circuit 06 is not sufficient even with activated DC-DC converter 12 provide the required grid DC potential U _NG , so causes the control and monitoring device 29 by means of a generator control line 28 increasing the speed of an internal combustion engine that drives the generator. This is done by a targeted influencing an ECU (Electronic Control Unit) of the internal combustion engine, so that the generator device 02 an increased voltage in the generator circuit 06 provides, wherein at least when activated DC-DC converter means 12 the necessary level of the grid DC potential U _NG 27 can be achieved.

Schließlich zeigt 5 eine Variation der in 4a und 4b dargestellten Verschaltungsmöglichkeiten einer Steuer- und Überwachungseinrichtung 29 zur gezielten Steuerung sowohl der mechanischen Leistungserzeugung in der Generatoreinrichtung 02 als auch der Gleichspannungswandlereinrichtung 12. Hierzu ist die Steuer- und Überwachungseinrichtung 29 zur Überwachung des generatorseitigen Gleichspannungspotentials U_GG und des netzseitigen Gleichspannungspotentials U_NG an die beiden Teile 26, 27 des Gleichspannungskreises angeschlossen. Stellt die Steuer- und Überwachungseinrichtung 29 eine signifikante Abweichung der beiden Potentiale dar, so kann zum einen über die Generator-Steuerleitung eine Anpassung der erzeugten elektrischen Leistung der Generatoreinrichtung 02 durch Variation der Drehzahl und Leistung einer Verbrennungsmaschine angefordert werden, zum anderen durch die Gleichspannungswandler-Steuerleitung 30 der Betrieb der Gleichspannungswanderleinrichtung 12 derart verändert werden, dass das generatorseitige Gleichspannungspotential U_GG zumindest auf die Höhe des erforderlichen netzseitigen Gleichspannungspotentials U_NG zum Betrieb der Wechselrichtereinrichtung 04 für die Erzeugung einer ausreichenden Spannung zur Versorgung des Netzes 05 bereitgestellt werden kann.Finally shows 5 a variation of in 4a and 4b illustrated Verschaltungsmöglichkeiten a control and monitoring device 29 for targeted control of both the mechanical power generation in the generator device 02 as well as the DC voltage converter device 12 , For this purpose, the control and monitoring device 29 for monitoring the generator-side DC potential U _GG and the network-side DC potential U _NG to the two parts 26 . 27 connected to the DC voltage circuit. Represents the control and monitoring device 29 a significant deviation of the two potentials, so can on the one hand via the generator control line, an adjustment of the generated electric power of the generator device 02 be requested by varying the speed and power of an internal combustion engine, on the other hand by the DC-DC converter control line 30 the operation of the DC voltage sweeper 12 be changed such that the generator-side DC potential U _GG at least to the height of the required mains-side DC potential U _NG for operation of the inverter device 04 for generating sufficient voltage to supply the grid 05 can be provided.

7 zeigt ein Drehzahl/Leistungsdiagramm bzw. Spannung/Leistungsdiagramm, das zum Verständnis der Arbeitsweise der Steuer- und Überwachungseinrichtung 29 dient. Die Steuer- und Überwachungseinrichtung 29 kann im Falle einer geringen Leistungsabgabe P, die auf der Abszisse des Diagramms aufgezeichnet wird, die Generatoreinrichtung 02 mit einer geringen Drehzahl n₁ betreiben. Erhöht sich die abgegebene Leistung P, so nimmt zunächst der Lastwinkel cos(φ), d. h. der Winkel des Schlupfes zwischen Rotor und Statormagnetfeld zu, so dass die Gefahr besteht, dass der Rotor außer Tritt gerät. Erreicht der cos(φ) einen kritischen Wert, d. h. nähert sich der Synchrongenerator einem Überlastfall mit Abgabe einer kritischen Leistung P_limit, so bewirkt die Steuer- und Überwachungseinrichtung 29 eine Erhöhung der Drehzahl, d. h. eine Erzeugung mechanischer Leistung, wobei sich der Schlupf φ wieder verringert und der Generator ausreichend elektrische Leistung zur Verfügung stellen kann. 7 shows a speed / power diagram and voltage / power diagram, which is useful for understanding the operation of the control and monitoring device 29 serves. The control and monitoring device 29 For example, in the case of a low power output P plotted on the abscissa of the graph, the generator means 02 operate at a low speed n ₁ . If the output power P increases, the load angle cos (φ), that is to say the angle of the slip between the rotor and the stator magnetic field increases, so that there is a risk of the rotor becoming out of step. If the cos (φ) reaches a critical value, ie if the synchronous generator approaches an overload case with delivery of a critical power P _limit , then the control and monitoring _device effects 29 an increase in the speed, ie a generation of mechanical power, whereby the slip φ decreases again and the generator can provide sufficient electrical power available.

Des Weiteren ist in dem Diagramm nach 6 der Verlauf der Generator-Gleichspannung U_GG und demgegenüber der erforderlichen Netz-Gleichspannung U_NG dargestellt, die zu einer zuverlässige Versorgung des Netzes 05 mit einer Wechselspannung bereitgestellt werden muß. Im ersten Fall bei niedriger Drehzahl n₁ wird nur eine geringe Gleichspannung U_GG geliefert, die geringer als das Potential der Netz-Gleichspannung U_NG ist. Die grau-schraffierte Fläche kennzeichnet das Spannungspotential, das von der Gleichspannungswandlereinrichtung 12 zusätzlich bereitgestellt werden muss, um das Generator-Gleichspannungspotential U_GG auf das Netz-Gleichspannungspotential U_NG zu erhöhen. Bei Überschreiten des kritischen Leistungsabgabewertes P_limit wird die Drehzahl der Generatoreinrichtung von n₁ auf n₂ erhöht, so dass sich entsprechend die Höhe des Generator-Gleichspannungspotentials U_GG erhöht und die Höhe des Netzgleichspannungspotentials U_NG erreicht. In diesem Fall kann die Gleichspannungswandlereinrichtung abgeschaltet werden.Furthermore, in the diagram after 6 the course of the generator DC voltage U _GG and the other hand, the required DC power supply voltage U _NG shown, leading to a reliable supply of the network 05 must be provided with an AC voltage. In the first case at low speed n ₁ only a small DC voltage U _{GG is} supplied, which is lower than the potential of the mains DC voltage U _NG . The gray-hatched area indicates the voltage potential of the DC-DC converter device 12 must be additionally provided to increase the generator DC potential U _GG to the grid DC potential U _NG . When the critical power output _value P _limit is exceeded, the speed of the generator _device is increased from n ₁ to n ₂ , so that the height of the generator direct-voltage potential U _GG correspondingly increases and the height of the grid direct-voltage potential U _{NG is} reached. In this case, the DC-DC converter device can be switched off.

7 zeigt eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsgemäße Stromgeneratoreinrichtung 01, bei der eine Steuer- und Überwachungseinrichtung 29 sowohl das Verhalten der Generatoreinrichtung 02, insbesondere die Drehzahl einer Verbrennungsmaschine zum Betrieb der Generatoreinrichtung 02 steuert, zum anderen das Verhalten der Gleichspannungswandlereinrichtung 12 mittels der Gleichspannungswandler-Steuerleitung 30 steuert. Im Generator-Gleichspannungskreis 26 ist des Weiteren eine Anlaufspannungsquelle 13 vorgesehen, die dazu dient, im Falle eines schnellen Hochfahrens des Stromgenerators 02 bis zur Bereitstellung einer ausreichenden Generatorspannung im Generatorkreis 06 zunächst eine Anlaufspannung in den Generator-Gleichspannungskreis 26 einzuspeisen, die mittels der Gleichspannungswandlereinrichtung 12 auf die erforderliche Höhe des netzseitigen Gleichspannungspotentials U_NG eingestellt werden kann. 7 shows a further embodiment of an inventive power generator device 01 in which a control and monitoring device 29 both the behavior of the generator device 02 , in particular the rotational speed of an internal combustion engine for operating the generator device 02 controls, on the other hand, the behavior of the DC converter device 12 by means of the DC-DC converter control line 30 controls. In the generator DC voltage circuit 26 Furthermore, it is a starting voltage source 13 provided, which serves in the case of a quick startup of the power generator 02 until a sufficient generator voltage is available in the generator circuit 06 First, a start-up voltage in the generator DC voltage circuit 26 to be fed by means of the DC voltage converter means 12 can be set to the required height of the mains-side DC potential U _NG .

Alternativ hierzu zeigt 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Stromgeneratorschaltung 01 mit Einsatz einer Anlaufspannungsquelle 13, die mittels einer zweiten Gleichspannungswandlereinrichtung 12 unmittelbar die Spannung der Anlaufspannungsquelle 13 in die erforderliche Höhe des netzseitigen Gleichspannungspotentials U_NG umwandelt. Somit kann die Anlaufspannungsquelle 13 mit einer zweiten unabhängigen Gleichspannungswandlereinrichtung 12 betrieben werden und speist die erforderliche Gleichspannung unmittelbar zum Betrieb der Wechselrichtereinheit 04 in den Netz-Gleichspannungskreis 27 ein. Somit können beispielsweise die Anforderungen an die erste Gleichspannungswandlereinrichtung 12, die unterschiedlich zu der in der zweiten Gleichspannungswandlereinrichtung 12 sind, entsprechend der Spannung des Generators 02 bzw. der Anlaufspannungsquelle 13 angepasst werden.Alternatively shows 8th Another embodiment of a power generator circuit 01 with use of a starting voltage source 13 , the by means of a second DC voltage converter device 12 directly the voltage of the starting voltage source 13 converted into the required height of the grid-side DC potential U _NG . Thus, the starting voltage source 13 with a second independent DC voltage converter 12 are operated and fed the required DC voltage directly to the operation of the inverter unit 04 in the grid DC circuit 27 one. Thus, for example, the requirements for the first DC voltage converter device 12 different from that in the second DC-DC converter device 12 are, according to the voltage of the generator 02 or the starting voltage source 13 be adjusted.

9a zeigt einen Aufwärtswandler und 9b einen Abwärtswandler, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Der Aufwärtswandler 14 nach 9a umfasst eine Induktivität 17, die mittels eines elektronisch steuerbaren Schalters 19 direkt mit einem Gleichspannungs-Energiespeicher 16 verbunden werden kann. Wird der Schalter 19 geschlossen, so fließt durch die Induktivität 17 ein Strom, der ein magnetisches Energiefeld aufbaut. Ein Öffnen des Schalters 19 hat zur Folge, das zunächst weiterhin ein Strom durch die Induktivität 17 fließt, die, sofern die Summe der Spannungen des Gleichspannungs-Energiespeichers 16 und der Induktivität 17 höher als die Spannung an dem Ladekondensator 20 ist, durch die Freilaufdiode 18 geführt wird und zu einer weiteren Aufladung des Ladekondensators 20 und dementsprechend zur Erhöhung der Spannung am Ladekondensator 20 führt. Mit der hohen Spannung des Ladekondensators 20 kann eine Last 21 betrieben werden. Durch ein gepulstes Schaltverhalten des Schalters 19 kann so aus einer niedrige Spannung eines Gleichspannungs-Energiespeichers 16 eine hohe Spannung an einem Ladekondensator 20 erzeugt werden, sofern die Kapazität des Ladekondensators 20 und die Größe der Induktivität 17 ausreicht, sowie der Gleichspannungs-Energiespeicher 16 genügend Leistung zum Betrieb der Last 21 liefern kann. 9a shows a boost converter and 9b a down-converter as known in the art. The up-converter 14 to 9a includes an inductance 17 by means of an electronically controllable switch 19 directly with a DC energy storage 16 can be connected. Will the switch 19 closed, so flows through the inductor 17 a stream that builds up a magnetic energy field. An opening of the switch 19 As a result, initially continues to have a current through the inductance 17 flows, provided that the sum of the voltages of the DC energy storage 16 and the inductance 17 higher than the voltage on the charging capacitor 20 is through the freewheeling diode 18 is led and to a further charging of the charging capacitor 20 and accordingly to increase the voltage at the charging capacitor 20 leads. With the high voltage of the charging capacitor 20 can be a burden 21 operate. By a pulsed switching behavior of the switch 19 so can from a low voltage of a DC energy storage 16 a high voltage on a charging capacitor 20 be produced, provided the capacity of the charging capacitor 20 and the size of the inductance 17 sufficient, as well as the DC energy storage 16 enough power to operate the load 21 can deliver.

Im Gegensatz hierzu stellt 9b einen ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannten Abwärtswandler dar, der es ermöglicht, aus einer hohen Spannung eines Gleichspannungs-Energiespeichers 16 eine niedrige Spannung zum Betrieb einer Last 21, die parallel zu einem Ladekondensator 20 angeschlossen ist, zu wandeln. Durch gezieltes Schalten des beispeislweise als Halbleiterschalters ajusgeführten Schalters 19 fliest ein Laststrom durch die Induktivität 17 und die Last 21, wobei die Freilaufdiode 18 sperrt. Ist der Schalter 19 geöffnet, so wird die in der Induktivität 17 gespeicherte magnetische Energie abgebaut und der Stromfluss erfolgt zunächst weiterhin in gleicher Richtung. Hierzu fließt der von der Induktivität 17 erzeugte Strom durch die Freilaufdiode 18 um entsprechend der Lenzschen Regel den Stromfluss aufrechtzuerhalten, wobei sich jedoch die Spannungspolung an der Induktivität 17 umkehrt und zu einer Verminderung der Spannung, die ursprünglich vom Gleichspannungs-Energiespeicher 16 bereitgestellt wurde, führt. Somit wird der Ladekondensator 20 mit einer Spannung geladen, die entsprechend dem Schaltzyklus des Schalters 19 geringer als die Spannung des Gleichspannungs-Energiespeichers 16 ist.In contrast to this 9b a likewise known from the prior art down converter, which makes it possible from a high voltage of a DC energy storage 16 a low voltage to operate a load 21 , which are parallel to a charging capacitor 20 connected to convert. By selective switching of the beispeislweise as a semiconductor switch ajus led switch 19 a load current flows through the inductance 17 and the load 21 , wherein the freewheeling diode 18 locks. Is the switch 19 open, so in the inductance 17 stored magnetic energy dissipated and the current flow initially continues in the same direction. For this purpose, the inductor flows 17 generated current through the freewheeling diode 18 in order to maintain the current flow according to Lenz's rule, however, the voltage polarity at the inductance 17 reverses and causes a reduction in voltage, originally from the DC energy storage 16 was provided. Thus, the charging capacitor 20 charged with a voltage corresponding to the switching cycle of the switch 19 less than the voltage of the DC energy storage 16 is.

10 zeigt nun ein spezifisches Ausgestaltungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung, die einen Aufwärtswandlerschaltung entsprechend der 9a einsetzt. Hierzu ist im Gleichspannungskreis zwischen dem Generator-Gleichspannungskreis 26 und dem Netz-Gleichspannungskreis 27 die in 9a dargestellte Freilaufdiode 18, Spannungswandler-Schalteinrichtung 22, die die Funktion des Schalters 19 einnimmt und Ladekondensator 20 angeordnet. Die Last 21 wird durch die Wechselrichtereinheit 04 und das daran angeschlossene Spannungsversorgungsnetz 05 dargestellt. Die erforderliche Induktivität 17 des Aufwärtswandlers nach 9a wird durch die in der Generatoreinrichtung 02 enthaltenen Ständerwicklungen der Generator-Synchronmaschine bereitgestellt. Die Gleichrichtereinrichtung 03 stellt die Verbindung zwischen den Ständerwicklungen und den übrigen Teilen der Aufwärtswandlerschaltung her. Durch gezielte Ansteuerung der Spannungswandler-Schalteinrichtung 22 kann mit geringen Verlusten eine Erhöhung des generatorseitigen Gleichspannungspotentials U_GG auf ein netzseitig notwendiges Gleichspannungspotential U_NG erreicht werden. Dabei ist die Spannung des netzseitigen Gleichspannungspotentials U_NG des Aufwärtswandlers stets größer als die Gleichspannung des Generator-Gleichspannungspotentials U_GG. Die Schaltung in sich ist weder Kurzschluss- noch Leerlauffest. Im Prinzip ist die Ausgangsspannung U_NG unabhängig vom Laststrom, sobald dieser einen bestimmten Minimalwert überschreitet. Dennoch wird häufig die Pulsbreite zur Betätigung der Spannungswandler-Schalteinrichtung 22 durch eine Regelschaltung modelliert, insbesondere wenn die Ausgangsspannung U_NG variabel unter Belastung geregelt werden soll. Ein solcher Aufwärtswandler ist exzellent geeignet, um eine hohe Ausgangsspannung U_NG bei einer stark schwankenden oder zu geringen Eingangsspannung U_GG auszuregeln. 10 Now shows a specific embodiment of a circuit according to the invention, which comprises a boost converter circuit according to the 9a starts. For this purpose, in the DC voltage circuit between the generator DC voltage circuit 26 and the mains DC circuit 27 in the 9a illustrated freewheeling diode 18 , Voltage converter switching device 22 that the function of the switch 19 occupies and charging capacitor 20 arranged. Weight 21 is through the inverter unit 04 and the connected power supply network 05 shown. The required inductance 17 of the up-converter 9a is through the in the generator device 02 contained stator windings of the generator synchronous machine. The rectifier device 03 establishes the connection between the stator windings and the remaining parts of the boost converter circuit. By targeted control of the voltage converter switching device 22 With low losses, it is possible to increase the generator-side DC potential U _GG to a DC voltage potential U _NG required on the network side. In this case, the voltage of the network-side DC potential U _{NG of} the boost converter is always greater than the DC voltage of the generator DC potential U _GG . The circuit in itself is neither short circuit nor idle. In principle, the output voltage U _{NG is} independent of the load current as soon as it exceeds a certain minimum value. Nevertheless, often the pulse width for actuating the voltage converter switching device 22 modeled by a control circuit, in particular if the output voltage U _{NG is to be} controlled variably under load. Such an up-converter is excellently suited to correct a high output voltage U _NG at a strongly fluctuating or too low input voltage U _GG .

11 zeigt analog zu 10 als technisch detailliertere Darstellung der 8 ein Ausführungsbeispiel einer Stromgeneratorschaltung 01, die zum einen die Aufwärtswandlerschaltung unter Verwendung der Induktivität der Generatoreinrichtung 02 der 10 verwendet, zum anderen jedoch eine zusätzliche Aufwärts- und Abwärtswandlerschaltung für die Ankopplung einer Anlaufspannungsquelle 13 im netzseitigen Gleichspannungskreis 27 umfasst. Die Aufwärts- und Abwärtswandlerschaltung zur Anpassung der Spannung der Anlaufspannungsquelle an den Netz-Gleichspannungskreis 27 mit Potential U_NG umfasst eine Induktivität 17, zwei Freilaufdioden 18 sowie eine Aufwärtswandler-Schalteinrichtung 23 zum Betrieb der Aufwärtswandlung von der Spannung der Anlaufspannungsquelle 13 zur Spannung U_NG sowie eine Abwärtswandler-Schalteinrichtung 24 zur Abwärtswandlung des netzseitigen Gleichspannungspotentials U_NG in das Potential der Anlaufspannungsquelle 13 zur Aufladung dieser Spannungsquelle im Betrieb der Generatoreinrichtung 02. Durch einen gesteuerten Betrieb der Aufwärtswandler- und Abwärtswandler-Schalteinrichtungen 23, 24 kann sowohl eine schnelle Bereitstellung einer Anlaufspannung als auch eine Aufladung der Anlaufspannungsquelle 13 erreicht werden. 11 shows analogously to 10 as a technically more detailed representation of 8th an embodiment of a power generator circuit 01 first, the boost converter circuit using the inductance of the generator means 02 of the 10 on the other hand, however, an additional up and down converter circuit for the coupling of a starting voltage source 13 in the line-side DC circuit 27 includes. The up and down converter circuit for matching the voltage of the starting voltage source to the mains DC circuit 27 with potential U _NG includes an inductance 17 , two freewheeling diodes 18 and a boost converter switching device 23 for operating the up-conversion from the voltage of the starting voltage source 13 to the voltage U _NG and a buck converter switching device 24 for down conversion of the network-side DC potential U _NG in the potential of the starting voltage source 13 for charging this voltage source during operation of the generator device 02 , By controlled operation of the up-converter and down-converter switching devices 23 . 24 can both a rapid provision of a start-up voltage and a charging of the starting voltage source 13 be achieved.

Schließlich zeigt 12 die in einem CIB-Modul des Stands der Technik integrierten Halbleiterbauelemente, die typischerweise zum Betrieb einer Synchronmaschine mit angeschlossener Bremse verwendet werden können. Diese umfassen in einer sog. Dual-Inline-Gehäusebauform (Dual Inline Package), d. h. in einer Gehäuseform mit zweireihigen Anschlusskontaktierungen, alle notwendigen Leistungshalbleiterbauteile für Konverter, Inverter und Breakmodul, d. h. eine Brückengleichrichterschaltung mit drei Gleichrichterbrücken, ein Wechselrichter mit drei Vollbrücken sowie ein Temperaturfühler (NTC-Widerstand) und eine Bremsenschaltung, die eine Diode und ein steuerbares Schaltelement umfasst. Die Bauteile der Bremsenschaltung (Diode und steuerbares Schaltelement können zur Realisierung des Aufwärtswandlers nach 10 eingesetzt werden. Somit stellt ein solches DIB-CIB Modul des Stands der Technik alle erforderlichen Halbleiterbauelemente bereit, um analog zu 10 einen Brückengleichrichter als Gleichrichtereinheit 03, einen Wechselrichter als Wechselrichtereinheit 04 sowie eine Freilaufdiode 18 und eine Spannungswandler-Schalteinrichtung 22 zur Realisierung des Aufwärtswandlers zur Verfügung zu stellen. Somit kann ein solches DIB-CIB Modul vorzüglich zur Realisierung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung herangezogen werden.Finally shows 12 the semiconductor devices integrated in a CIB module of the prior art, which can be typically used to operate a synchronous machine with a brake connected. These include in a so-called. Dual Inline Package, ie in a housing with two-row Anschlusskontaktierungen all the necessary power semiconductor components for converter, inverter and break module, ie a bridge rectifier circuit with three rectifier bridges, an inverter with three full bridges and a temperature sensor (NTC resistor) and a brake circuit comprising a diode and a controllable switching element. The components of the brake circuit (diode and controllable switching element can to realize the up-converter after 10 be used. Thus, such a prior art DIB-CIB module provides all of the required semiconductor devices to be analogous to 10 a bridge rectifier as a rectifier unit 03 , an inverter as inverter unit 04 and a freewheeling diode 18 and a voltage converter switching device 22 to provide for the realization of the up-converter. Thus, such a DIB-CIB module can be used to implement an embodiment of the invention.

Claims

Circuit for a power generator comprising a generator device ( 02 ) for generating a generator alternating voltage in a generator circuit ( 06 ), a rectifier device ( 03 ) for converting the generator AC voltage of the generator circuit ( 06 ) into a DC voltage in a DC voltage circuit ( 07 ) and an inverter device ( 04 ) for converting the DC voltage of the DC voltage circuit ( 07 ) in an AC line voltage in a network ( 08 ) for the supply of energy in a public or local power grid ( 05 ), characterized in that in the DC circuit ( 07 ) between rectifier device ( 03 ) and inverter device ( 04 ) a DC voltage converter device ( 12 ) is arranged, which is designed by the rectifier device ( 03 ) provided generator DC potential U _{GG of} the generator DC voltage circuit ( 26 ) in a grid DC potential U _{NG of} the network DC voltage circuit ( 27 ) for the supply of the inverter device ( 04 ) to transform.

Circuit according to Claim 1, characterized in that the circuit comprises a monitoring and control device ( 29 ), which is designed to store measured values in the generator circuit ( 06 ) and / or the DC voltage circuit ( 07 ) and / or the network ( 08 ) to be detected by the generator device ( 02 ) to the power supply network ( 05 ) characterize output current, voltage and / or power values.

Circuit according to Claim 2, characterized in that the generator device ( 02 ) comprises a controllable power generator, in particular a power generator with internal combustion engine, wherein the electrical output power of the power generator, in particular the rotational speed of the internal combustion engine by means of the monitoring and control device ( 29 ) is controllable.

Circuit according to Claim 3, characterized in that the monitoring and control device ( 29 ) the controllable current generator ( 02 ) via a generator control line ( 28 ) according to the generator device ( 02 ) controlled electrical power can control.

Circuit according to Claim 3 or 4, characterized in that the monitoring and control device ( 29 ) in the generator device ( 02 ) is arranged.

Circuit according to one of Claims 2 to 5, characterized in that the monitoring and control device ( 29 ) the DC converter device ( 12 ) via a DC-DC converter control line ( 30 ) according to the generator device ( 02 ) control electrical output, in particular on and off.

Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the DC voltage converter device ( 12 ) comprises an up-converter.

Circuit according to Claim 7, characterized in that the up-converter comprises a Freewheeling diode ( 18 ) and a voltage converter switching device ( 22 ), in particular a high-power semiconductor switch such as IGBT or the like, wherein the inductance required for the up-converter operation by the Induktivtät the generator means ( 02 ), in particular by the stator windings of one in the generator device ( 02 ) comprise the generator and the charging capacity of the charging capacitor ( 20 ) by a smoothing capacitor of the DC voltage circuit ( 07 ) to be provided.

Circuit according to Claim 8, characterized in that the rectifier device ( 03 ) and / or the DC converter device ( 12 ) fast switching diodes, in particular Schottky or silicon carbide diodes, to allow clock frequencies of the boost converter in the range up to 100 kHz.

Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the DC voltage circuit ( 07 ) Furthermore, a starting voltage source ( 13 ), which is designed to be in the start-up phase of the generator device ( 02 ) a starting DC potential U _NG , U _GG at least as long as in the DC voltage circuit ( 07 ) until the rectifier device ( 03 ) a sufficient generator DC potential U _GG in the generator DC voltage circuit ( 26 ).

Circuit according to Claim 10, characterized in that between the starting voltage source ( 13 ) and the DC circuit ( 07 ) a further DC converter device ( 12 ) is arranged, which is designed, the potential of the starting voltage source ( 13 ) into the potential of the DC voltage circuit ( 07 ), in particular in the potential of the grid DC circuit ( 27 ) to transform.

Circuit according to Claim 10 or 11, characterized in that the starting voltage source ( 13 ) as a rechargeable starting voltage source ( 13 ), in particular as a rechargeable accumulator, capacitor, etc. is designed.

Circuit according to Claims 11 and 12, characterized in that the further DC-DC converter device ( 12 ) a combination of an upward ( 14 ) and a down-conversion circuit ( 15 ) comprising at least two freewheeling diodes ( 18 ), an inductance ( 17 ), a boost converter switching device ( 23 ) and a buck converter switching device ( 24 ), wherein the DC voltage converter device ( 12 ) is designed for feeding the potential of the starting voltage source ( 13 ) into the potential of the DC voltage circuit ( 07 ), and for charging the potential of the DC voltage circuit ( 07 ) into the potential of the starting voltage source ( 13 ) to transform.

Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit comprises a prefabricated semiconductor power module, in particular a CIB module (Converter Inverter Brake), wherein the bridge rectifier contained therein in the rectifier device ( 03 ), the inverter in the inverter device ( 04 ) and the brake circuit in the DC-DC converter device ( 12 ) are interconnected.

Retrofit process for retrofitting a power generator with a rectifier device ( 03 ), DC circuit ( 07 ) and inverter device ( 04 ) with a circuit according to one of the preceding claims, wherein in the DC voltage circuit ( 07 ) between rectifier device ( 03 ) and inverter device ( 04 ) a DC voltage converter device ( 12 ) which is designed to be switched on by the rectifier device ( 03 ) provided generator DC potential U _{GG of} the generator DC voltage circuit ( 26 ) in a grid DC potential U _{NG of} the network DC voltage circuit ( 27 ) for the supply of the inverter device ( 04 ) to transform.