Zwischenkreis

Ein Zwischenkreis ist eine elektrische Einrichtung, die als Energiespeicher mehrere elektrische Netze auf einer zwischengeschalteten Strom- oder Spannungsebene über Umrichter elektrisch koppelt.

Blockschaltbild für eine Einrichtung mit Zwischenkreis

Anwendungsfälle:

• Elektrische Verbraucher benötigen die Energie häufig in sehr kurzen Intervallen (z. B. Anfahrvorgang eines Motors), aber die bereitstellenden Quellen (öffentliche Energieversorgungsnetze/​Notstromgeneratoren/​Netzteile/​Batterien etc.) können die Energie nur in begrenztem Umfang für sehr kurze Intervalle bereitstellen.
• Verschiedene Wechselstromnetze sind zueinander nicht gleichfrequent und damit nicht synchron. (Beispielsweise arbeitet das Netz der öffentlichen Energieversorgung in Europa mit 50 Hz, das Bahnstromnetz in Deutschland hingegen mit 16,7 Hz; Antrieb eines Aufzugs muss mit Frequenz von z. B. 0 bis 400 Hz versorgt werden.)
• Verschiedene Wechselstromnetze (z. B. Energieversorgungsnetze verschiedener Länder) sind zwar gleichfrequent, stehen aber in unterschiedlicher Phasenlage zueinander.
• Gleichspannungsnetze können auf unterschiedlichen Spannungsebenen arbeiten (z. B. 1,5-kV- und 3-kV-Bahnstromnetze).
• Unterbrechungsfreie Stromversorgung, die einen Verbraucher bei Netzausfall aus einem Akkumulator versorgt.

Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Spannungen oder die Ströme der unterschiedlichen Netze

• in ihren Effektivwerten anzupassen (siehe Aufwärtswandler, Abwärtswandler für Gleichspannungsnetze/​Transformatoren, Vierquadrantensteller für Wechselspannungsnetze);
• gleichzurichten für den Fall, dass Energie in den Zwischenkreis gespeist wird (siehe Gleichrichter);
• Wechselrichter vorzusehen für Netze, die aus dem Zwischenkreis gespeist werden;
• die Energie in einem energiespeichernden Bauelement (elektrische Kapazität/​Induktivität/​Akkumulator) – das ist der Zwischenkreis – zwischenzuspeichern.

Dabei unterscheidet man drei Verfahren:

• Gleichspannungszwischenkreis: mittels Zwischenkreiskondensator bei konstanter Spannung und variablem Strom (siehe auch U-Umrichter (Voltage Source Inverter, VSI)).
  → Z. B. Anwendung bei den meisten Industrieumrichtern (Frequenzumrichter) für kleine und mittlere Leistungen
• Gleichstromzwischenkreis mittels Zwischenkreisdrossel bei konstantem Strom und variabler Spannung (siehe auch I-Umrichter (Current Source Inverter, CSI)).
  → Z. B. Anwendung bei HGÜ oder (Antriebs-)Umrichter großer Leistung
• Z-Source-Zwischenkreis: der Zwischenkreis ist ein Kondensator/​Induktivitätsnetzwerk, der zur Spannungsanhebung und Spannungsreduktion verwendet werden kann. Er wird vorwiegend eingesetzt, wenn die Speisespannung starken Schwankungen unterliegt. Anders als bei den herkömmlichen Zwischenkreistopologien muss ein nachgeschalteter Wechselrichter mittels Durchkommutierung für die Aufrechterhaltung der Zwischenkreisspannung sorgen, da das Zwischenkreis-Netzwerk je nach Spannungsanforderung als Durchflusswandler oder Sperrwandler betrieben werden muss.

Einzelnachweise

1. (Memento vom 5. Dezember 2008 im Internet Archive) (PDF; 200 kB), Miaosen Shen, Alan Joseph, Jin Wang, Fang Z. Peng, and Donald J. Adams
2. Z-Source for Motor Drives (PDF; 555 kB) Power Drives and Motor Drives Laboratory der Michigan State University