專利名稱：在直流電壓中間電路短路時(shí)限制具有功率半導(dǎo)體的變流器損壞的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于轉(zhuǎn)換電流的裝置，具有至少一個(gè)相模塊，該相模塊具 有交流電壓接頭和至少一個(gè)與直流電壓中間電路相連的直流電壓接頭，并且具 有至少一個(gè)儲(chǔ)能器，其中在每個(gè)直流電壓接頭和每個(gè)交流電壓接頭之間形成相 模塊支路，并且其中每個(gè)相模塊支路具有由子模塊組成的串聯(lián)電路，這些子模 塊分別具有至少一個(gè)功率半導(dǎo)體，其中與每個(gè)子模塊的功率半導(dǎo)體并聯(lián)設(shè)置半 導(dǎo)體保護(hù)裝置和用于控制半導(dǎo)體保護(hù)裝置的控制單元，并且儲(chǔ)能器用于為控制 單元提供能量。
本發(fā)明還涉及一種用于限制具有功率半導(dǎo)體的變流器損壞的方法，該變流 器經(jīng)過(guò)短路的直流電壓中間電路與至少另一個(gè)變流器或至少一個(gè)電機(jī)相連。
背景技術(shù)：
這種類型的裝置由DE10323220A1已經(jīng)公知。在那里公開了一種用于連接 到饋入能量的三相供電網(wǎng)的所謂的多終端變流器。公知的變流器具有相模塊， 其數(shù)量等于供電網(wǎng)的待連接的相數(shù)。每個(gè)相模塊具有一個(gè)交流電壓接頭和兩個(gè) 直流電壓接頭，其中相模塊的直流電壓接頭連接到直流電壓中間電路。在每個(gè) 直流電壓接頭和交流電壓接頭之間形成一個(gè)相模塊支路，其中每個(gè)相模塊支路 由子模塊的串聯(lián)電路組成。每個(gè)子模塊具有一個(gè)與功率半導(dǎo)體電路并聯(lián)的本身 的儲(chǔ)能器。功率半導(dǎo)體鐵路具有分別反并聯(lián)了 一個(gè)續(xù)流二極管的可關(guān)斷功率半 導(dǎo)體，如IGBT、 GTO等等。如果在直流電路中出現(xiàn)短路，則相關(guān)的子模塊的 儲(chǔ)能器放電。為了避免子模塊的功率半導(dǎo)體毀壞，與每個(gè)由直流電路中的短路 危害的功率半導(dǎo)體并聯(lián)一個(gè)半導(dǎo)體保護(hù)裝置，例如晶閘管，其在短路的情況下 被觸發(fā)并且然后承載大部分的短路電流。公知的解決方案的缺陷是，通過(guò)子模 塊的儲(chǔ)能器為觸發(fā)晶閘管的觸發(fā)單元提供能量。這雖然節(jié)省了觸發(fā)單元的單獨(dú) 的能量供應(yīng)。但是在將變流器與三相電網(wǎng)連接時(shí)子模塊的儲(chǔ)能器還沒(méi)有充電，從而不可能觸發(fā)晶閘管。由此當(dāng)直流電路中出現(xiàn)短路時(shí)，在接通供電網(wǎng)時(shí)不排 除公知的變流器的功率半導(dǎo)體的毀壞。

發(fā)明內(nèi)容
由此本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提出一種本文開頭所述種類的裝置和方 法，其中就是在接通供電網(wǎng)時(shí)也能可靠防止由于直流電壓側(cè)出現(xiàn)的短路引起的 損壞。
從本文開頭提到的裝置出發(fā)，上述技術(shù)問(wèn)題通過(guò)如下解決每個(gè)相模塊的 至少一個(gè)直流電壓接頭經(jīng)過(guò)直流電壓開關(guān)與直流電壓中間電路相連。
此外上述技術(shù)問(wèn)題通過(guò)用于限制具有功率半導(dǎo)體的變流器損壞的方法解 決，該變流器經(jīng)過(guò)短路的直流電壓中間電路與其它變流器或者其它電機(jī)相連， 其中由變流器的或者直流電壓中間電路的儲(chǔ)能器為控制單元提供能量，控制單 元確定短路并且然后控制至少一個(gè)與功率半導(dǎo)體并聯(lián)的半導(dǎo)體保護(hù)裝置，使得 短路電流既流過(guò)半導(dǎo)體保護(hù)裝置也流過(guò)與之并聯(lián)的功率半導(dǎo)體，其中在變流器 與直流電壓中間電路連接之前對(duì)每個(gè)儲(chǔ)能器充電。
按照本發(fā)明在接入或接通交流電網(wǎng)之前首先對(duì)裝置的每個(gè)儲(chǔ)能器充電，并 且只有在儲(chǔ)能器充電之后才與直流電壓中間電路相連。
為了防止短路情況下的電流，按照本發(fā)明的裝置合適地具有直流電壓開 關(guān)，每個(gè)相模塊的至少一個(gè)直流電壓接頭經(jīng)過(guò)該直流電壓開關(guān)與直流電路相連。
直流電壓開關(guān)具有分離位置和接觸位置，在分離位置阻止電流經(jīng)過(guò)直流電壓開 關(guān)，在接觸位置電流可以流過(guò)直流電壓開關(guān)。如果直流電壓開關(guān)處于其分離位 置，則首先可以對(duì)直流電壓中間電路的每個(gè)儲(chǔ)能器或者每個(gè)子模塊的每個(gè)儲(chǔ)能 器充電。在儲(chǔ)能器充電之后交流電網(wǎng)又與變流器分離。然后才通過(guò)直流電壓開 關(guān)切換到其接觸位置以連接直流電壓中間電路，其中在直流電壓中間電路中出 現(xiàn)短路的情況下并且在再次接通交流電網(wǎng)之后，充電的儲(chǔ)能器提供為了觸發(fā)半 導(dǎo)體保護(hù)裝置所必需的能量。直流電壓開關(guān)優(yōu)選是機(jī)械的隔離開關(guān)。
每個(gè)交流電壓接頭優(yōu)選經(jīng)過(guò)交流電壓開關(guān)與供電網(wǎng)相連。通過(guò)交流電壓開 關(guān)可以特別簡(jiǎn)單地接通供電網(wǎng)，其中交流電壓開關(guān)同樣具有兩個(gè)開關(guān)位置，即 分離位置和接觸位置。通過(guò)交流電壓開關(guān)從其分離位置切換到其接觸位置，供 電網(wǎng)與變流器相連，從而在直流電壓開關(guān)"斷開，，時(shí)儲(chǔ)能器被充電。合適地， 交流電壓開關(guān)是機(jī)械的功率開關(guān)。合適地，功率保護(hù)裝置包括至少一個(gè)晶閘管。晶閘管是可以價(jià)格低廉地獲 得的并且具有足夠高的耐沖擊電流強(qiáng)度，從而就是在接入交流電網(wǎng)時(shí)在直流電 路中出現(xiàn)快速上升的和高的短路電流的情況下，直到再次新開交流電壓開關(guān)都 不會(huì)由于產(chǎn)生的短路電流而損壞涉及的晶閘管。
合適地，每個(gè)子模塊包括具有與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管的可關(guān)斷功率半導(dǎo) 體，其中每個(gè)儲(chǔ)能器設(shè)置在直流電壓中間電路中。具有這樣的中央儲(chǔ)能器的變 流器應(yīng)用于能量傳輸和分配領(lǐng)域。然而通常在中央的儲(chǔ)能器中存儲(chǔ)了高的能量， 這些高的能量在所說(shuō)的短路情況下被釋放。在本發(fā)明的范圍中這樣關(guān)于直流電 壓開關(guān)設(shè)置中央的儲(chǔ)能器的排列或接線，使得儲(chǔ)能器的充電以及放電就是在直 流電壓開關(guān)斷開時(shí)也是可以的。從相模塊的直流電壓接頭看過(guò)去，直流電壓開 關(guān)連接在與儲(chǔ)能器的接線柱之后。換言之中央的儲(chǔ)能器在相模塊的直流電壓接 頭和直流電壓開關(guān)之間與相模塊并聯(lián)連接在直流電壓中間電路中。
與此不同的是，每個(gè)子模塊具有一個(gè)儲(chǔ)能器和與儲(chǔ)能器并聯(lián)的功率半導(dǎo)體 電路。這樣的裝置也稱為多級(jí)變流器，因?yàn)榇嬷醒氲拇髢?chǔ)能器，設(shè)置多個(gè)較 小的、互相串聯(lián)的儲(chǔ)能器，這些儲(chǔ)能器分別并聯(lián)一個(gè)功率半導(dǎo)體電路。
按照與此相關(guān)的合適的擴(kuò)展，功率半導(dǎo)體電路是全橋式電路。借助全橋式 電路可以在串聯(lián)的雙極的子模塊的兩個(gè)接線柱上施加電容器電壓、所謂的零電 壓或者反向電容器電壓。
這些可關(guān)斷功率半導(dǎo)體分別反并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管。這樣的功率半導(dǎo)體電路也
稱為馬夸特(Marquardt)電路，該馬夸特電路在DE10103031A1中公開并且通 過(guò)引用成為本公開的一部分。與全橋式電路不同，按照馬夸特電路的功率半導(dǎo) 體電路僅具有兩個(gè)互相串聯(lián)的功率半導(dǎo)體，這些功率半導(dǎo)體與相關(guān)子模塊的儲(chǔ) 能器這樣相連，使得在相關(guān)子模塊的儲(chǔ)能器上降落的電壓或者零電壓降落在子 模塊的兩個(gè)接線柱上。利用馬夸特電路，在儲(chǔ)能器上降落的電壓的反向在子模 塊接線柱上是不可能的。然而馬夸特電路比全橋式電路價(jià)格低。
根據(jù)按照本發(fā)明方法的合適擴(kuò)展，每個(gè)功率半導(dǎo)體借助直流電壓開關(guān)與直 流電壓中間電路相連。以這種方式通過(guò)機(jī)械的功率開關(guān)、隔離開關(guān)等等，但是 也可以通過(guò)具有功率半導(dǎo)體例如晶閘管、IGBT等的電子開關(guān)，可以將直流電 壓中間電路與變流器分離。在此重要的是，所有的儲(chǔ)能器經(jīng)過(guò)直流電壓開關(guān)與 直流電壓中間電^各相連。變流器、儲(chǔ)能器和直流電壓開關(guān)優(yōu)選設(shè)置在共同的外殼中。 合適地，在將變流器與供電網(wǎng)連接之前斷開每個(gè)直流電壓開關(guān)。在直流電 壓開關(guān)斷開的情況下可以對(duì)儲(chǔ)能器充電，以提供為觸發(fā)半導(dǎo)體保護(hù)裝置所必需
的能量。
優(yōu)選借助交流電壓開關(guān)將變流器與供電網(wǎng)相連。如已經(jīng)提到的，本發(fā)明的 該擴(kuò)展提供了在儲(chǔ)能器充電時(shí)的最大可能的靈活性，其中同時(shí)提供了利用機(jī)械 開關(guān)的價(jià)格低廉的解決方案。然而替代機(jī)械的開關(guān)，還可以設(shè)置具有功率半導(dǎo) 體的電子開關(guān)。
為了將變流器與直流電壓中間電路連接，合適地首先斷開所有的交流電壓 開關(guān)和所有的直流電壓開關(guān)，然后為了對(duì)儲(chǔ)能器充電而閉合交流電壓開關(guān)，最 后在儲(chǔ)能器充電之后斷開每個(gè)交流電壓開關(guān)，其中為了將變流器與直流電壓中 間電路相連而閉合直流電壓開關(guān)，并且最后為了將變流器與交流電網(wǎng)相連而閉
合每個(gè)交流電壓開關(guān)，只要事先沒(méi)有探測(cè)到DC短路。由于該簡(jiǎn)單的開關(guān)順序， 在由于直流電壓中間電路中的短路引起的高的短路電流通過(guò)交流電網(wǎng)驅(qū)動(dòng)而流 過(guò)裝置的功率半導(dǎo)體之前，提供了對(duì)裝置的儲(chǔ)能器充電的價(jià)格低廉的可能性， 使得提供了用于控制半導(dǎo)體保護(hù)裝置所必需的能量。


本發(fā)明的其它合適的實(shí)施方式和優(yōu)點(diǎn)是以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例 的描述的內(nèi)容，其中相同的附圖標(biāo)記表示作用相同的組件，并且其中 圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的裝置， 圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一個(gè)裝置， 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的實(shí)施例， 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一個(gè)實(shí)施例， 圖5示出按照?qǐng)D3的裝置處于另一個(gè)開關(guān)位置， 圖6示出按照?qǐng)D4的裝置處于另一個(gè)開關(guān)位置， 圖7示出按照?qǐng)D3和5的裝置處于另一個(gè)開關(guān)位置， 圖8示出按照?qǐng)D4和6的裝置處于另一個(gè)開關(guān)位置， 圖9示出按照?qǐng)D4、 6和8的裝置處于另一個(gè)開關(guān)位置。
具體實(shí)施方式
圖1示出了按照現(xiàn)有技術(shù)的裝置1。該公知的裝置1包括由三個(gè)相模塊3a、 3b和3c組成的變流器2。每個(gè)相才莫塊3a、 3b和3c具有一個(gè)交流電壓接頭3。 32和33和分別用p和n表示的兩個(gè)直流電壓接頭。直流電壓接頭p以及n形成 直流電壓中間電路4的極，其中中央的電容器5作為儲(chǔ)能器并聯(lián)在兩個(gè)極p和 n之間。在相模塊3a、 3b和3c的每個(gè)交流電壓接頭3" 32和33和每個(gè)直流電 壓接頭p以及n之間形成相才莫塊支3各6ap、 6bp和6cp以及6an、 6bn和6cn。每 個(gè)相模塊支路由構(gòu)造相同的子模塊7的串聯(lián)電路組成。在圖1中示出的實(shí)施例 中每個(gè)子模塊7具有一個(gè)可關(guān)斷功率半導(dǎo)體8,例如IGBT、 GTO等等，以及 與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管9。此外在短路情況下可控晶閘管10與續(xù)流二極管9 反并聯(lián)。如果在直流電壓中間電路4中出現(xiàn)短路，則形成用虛線表示的短路電 流?？梢钥闯?，短路電流由僅示意性示出的供電網(wǎng)11經(jīng)過(guò)用于連接按照本發(fā)明 的裝置1與供電網(wǎng)11的變壓器12饋入。在此在示出的實(shí)施例中短路電流流過(guò) 子模塊的續(xù)流二極管9以及流過(guò)與續(xù)流二極管9并聯(lián)的半導(dǎo)體保護(hù)裝置10、也 就是觸發(fā)的晶閘管。然而為了觸發(fā)晶閘管需要由中央的電容器5提供觸發(fā)能量。 中夬的電容器5由供電網(wǎng)11充電。如果在第一次接通供電網(wǎng)11時(shí)在直流電壓 中間電路4中已經(jīng)出現(xiàn)短路，則晶閘管10不能如圖1中所述切換到其導(dǎo)通狀態(tài)， 使得產(chǎn)生的短路電流分配在續(xù)流二極管9和晶閘管10上。而是僅由續(xù)流二極管 9承載短路電流，從而會(huì)損壞子模塊7和可能損壞整個(gè)變流器2。
圖2示出了按照現(xiàn)有技術(shù)的裝置1,而其中變流器2構(gòu)造為所謂的多級(jí)變 流器。與按照?qǐng)Dl的裝置不同，按照?qǐng)D2的裝置在直流電壓中間電路4中不再 具有中央的儲(chǔ)能器。而是每個(gè)子模塊7具有一個(gè)以單極電容器形式的儲(chǔ)能器13。 電容器13與功率半導(dǎo)體電路14并聯(lián)，該功率半導(dǎo)體電路14在這種情況下由兩 個(gè)互相串聯(lián)的可關(guān)斷功率半導(dǎo)體8、例如IGBT、 GTO等組成。每個(gè)可關(guān)斷功 率半導(dǎo)體8與續(xù)流二極管9反并聯(lián)。如果在直流電壓中間電路4中出現(xiàn)短路， 則流過(guò)從供電網(wǎng)11饋入的短路電流，其路徑在圖2中用虛線表示?？梢钥闯?， 短路電流流過(guò)功率半導(dǎo)體短路的續(xù)流二極管9。以晶閘管10的形式的半導(dǎo)體保 護(hù)裝置僅與該續(xù)流二極管9并聯(lián)。通過(guò)觸發(fā)晶閘管IO，短路電流既流過(guò)晶閘管 IO也流過(guò)所說(shuō)的續(xù)流二極管9,其中晶閘管IO和續(xù)流二極管9的大小提供足夠 高的載流強(qiáng)度，以經(jīng)受住產(chǎn)生的短路電流。但是此處的缺陷是，未示出的觸發(fā) 電子電路由每個(gè)子模塊7的電容器13提供用以觸發(fā)晶閘管IO的能量。然而在 連接供電網(wǎng)ll之前，電容器13沒(méi)有充電，使得在接通供電網(wǎng)ll期間不能觸發(fā)晶閘管IO。由此，如果在接通供電網(wǎng)11時(shí)在直流電壓中間電路4中出現(xiàn)短路， 則該短路電流僅經(jīng)過(guò)子模塊7的續(xù)流二極管9，使得會(huì)發(fā)生該續(xù)流二極管9的 損壞。然而通常將其與可關(guān)斷功率半導(dǎo)體8組合為一個(gè)組件，從而這導(dǎo)致整個(gè) 功率半導(dǎo)體電^各14的損壞。
圖3示出了按照本發(fā)明的裝置14,該裝置相應(yīng)于圖1構(gòu)造，其中每個(gè)子模 塊7由一個(gè)可關(guān)斷功率半導(dǎo)體8以及一個(gè)與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管9組成。與 每個(gè)續(xù)流二極管9反并聯(lián)一個(gè)晶閘管10。直流電壓中間電路4仍然具有一個(gè)在 直流電壓中間電路4的正極p和負(fù)極n之間的中央的電容器5。與按照?qǐng)Dl的 公知裝置不同，根據(jù)圖3的、按照本發(fā)明的實(shí)施例具有一個(gè)直流電壓開關(guān)以及 一個(gè)設(shè)置在供電網(wǎng)11和變壓器12之間的交流電壓開關(guān)16。此外重要的是，電 容器5的與直流電壓中間電路4的正極相連的接線柱設(shè)置在相模塊3a、 3b和 3c的直流電壓接頭p和直流電壓開關(guān)15之間。直流電壓開關(guān)15、電容器5和 相模塊3a、 3b和3c設(shè)置在在構(gòu)建所謂的高壓直流輸電設(shè)備中常見(jiàn)的閥室 (Ventilhalle ) 17中。
在圖3中直流電壓開關(guān)15處于其分離位置，在該分離位置電流被阻止經(jīng) 過(guò)直流電壓開關(guān)15。相反交流電壓開關(guān)16處于其接觸位置，使得供電網(wǎng)11與 設(shè)置在閥室17中的變流器2電相連。然而由于斷開的直流電壓開關(guān)15阻止了 電流經(jīng)過(guò)短路的直流電壓中間電路4。但是中央的電容器5在供電網(wǎng)ll接通的 情況下被充電。對(duì)電容器5充電的電流路徑在圖3中用虛線表示?？梢钥闯觯?充電電流流過(guò)子模塊7的續(xù)流二極管9。
圖4又示出所謂的多級(jí)變流器14,其在結(jié)構(gòu)上相應(yīng)于按照?qǐng)D2的變流器。 然而按照本發(fā)明的實(shí)施例此外還包括直流電壓開關(guān)15，相模塊3a、 3b和3c的 直流電壓接頭p經(jīng)過(guò)該直流電壓開關(guān)15與直流電壓中間電路相連。此外供電網(wǎng) 11又經(jīng)過(guò)交流電壓開關(guān)16與變壓器和由此與變流器2相連。如在圖3中那樣， 直流電壓開關(guān)15處于其分離位置，其中交流電壓開關(guān)16處于其接觸位置。如 在圖3中那樣，在按照?qǐng)D4的多級(jí)變流器14中在該開關(guān)位置也進(jìn)行每個(gè)子模塊 7的電容器13的充電，其中充電路徑仍用虛線表示?？梢钥闯?，充電電流流過(guò) 沒(méi)有并聯(lián)晶閘管10的續(xù)流二極管9。
圖5示出了按照?qǐng)D3的裝置，而其中交流電壓開關(guān)16切換到其分離位置。 例如當(dāng)電容器5充電到使得在直流電壓中間電路4中故障情況下、即在短路情 況下可以觸發(fā)晶閘管10時(shí)，進(jìn)行該切換。圖6示出按照?qǐng)D2的實(shí)施例，其中同樣交流電壓開關(guān)16切換到其分離位 置。同樣此處只有當(dāng)子模塊7的電容器13充分地充電到能夠觸發(fā)作為半導(dǎo)體保 護(hù)裝置的相關(guān)晶閘管10時(shí)，才切換到其分離位置。
圖7示出了按照?qǐng)D5的裝置，而其中直流電壓開關(guān)15切換到其接觸位置。 由于在直流電壓中間電^各4中的短路，在直流電壓中間電^各4中并聯(lián)的中央電 容器5放電。在此又流過(guò)高的短路電流，該短路電流由于合適的電流測(cè)量可以 推斷出直流電壓中間電路4中的短路。換言之可以通過(guò)電容器5的高放電電流 而識(shí)別直流電壓中間電路4中的短路，從而可以采取合適的4晉施。
在按照?qǐng)D8的多級(jí)結(jié)構(gòu)中，在與圖7中相同的開關(guān)位置情況下，也就是在 直流電壓開關(guān)15閉合而交流電壓開關(guān)16斷開的情況下，電容器13不放電，因 為子模塊7的續(xù)流二極管9阻止其放電。
圖9示出了按照?qǐng)D8的實(shí)施例，而其中交流電壓開關(guān)16切換到其接觸位 置。由于直流電壓中間電路4中的短路，流過(guò)由供電網(wǎng)ll饋入的、在幾個(gè)微秒 之內(nèi)由合適的探測(cè)電子電路或者其它探測(cè)裝置識(shí)別的短路電流，該探測(cè)電子電 路或者其它探測(cè)裝置接著觸發(fā)晶閘管10。在此所需的觸發(fā)能量由事先充電的、 子模塊7的電容器13提供。在圖10中仍舊用虛線表示的短路電流由此流過(guò)續(xù) 流二極管9并同時(shí)流過(guò)并聯(lián)的晶閘管10。晶閘管10具有足夠高的耐沖擊電流 強(qiáng)度，以經(jīng)受住高的電流沖擊(di/dt)。續(xù)流二極管9和并聯(lián)的晶閘管10的載 流強(qiáng)度同樣很高，使得預(yù)計(jì)的短路電流不會(huì)導(dǎo)致功率半導(dǎo)體的損壞。
以下描述按照本發(fā)明的方法的實(shí)施例。首先將整個(gè)裝置1與供電網(wǎng)11分 離。交流電壓開關(guān)16和直流電壓開關(guān)15都切換到其分離位置。在直流電壓開 關(guān)15繼續(xù)斷開的情況下，交流電壓開關(guān)16閉合。直流電壓中間電路4中的可 能短路由于直流電壓開關(guān)15斷開而不會(huì)導(dǎo)致變流器2中的由供電網(wǎng)ll饋入的 短路電流。但是由于交流電壓開關(guān)16閉合，變流器中以及直流電壓中間電路4 中的儲(chǔ)能器由供電網(wǎng)11充電。由此可以超過(guò)一定的時(shí)間段控制半導(dǎo)體保護(hù)裝 置、也就是晶閘管IO。在實(shí)踐中該時(shí)間段位于分鐘范圍，因?yàn)殡娙萜鞯姆烹妿?有相應(yīng)的時(shí)間常數(shù)。在通過(guò)供電網(wǎng)11對(duì)儲(chǔ)能器5、 13充電之后，再次斷開交流 電壓開關(guān)16并且由此將變流器與供電網(wǎng)11分離。在儲(chǔ)能器5、 13充電和交流 電壓開關(guān)16斷開的情況下，直流電壓開關(guān)15閉合。在中央的中間電路電容器 5的情況下，在短路時(shí)該中間電路電容器5經(jīng)過(guò)直流電壓開關(guān)15》丈電，由此可 以識(shí)別故障。如果直流電壓開關(guān)15優(yōu)選作為隔離開關(guān)實(shí)施，由于高的;^文電電流，會(huì)損壞或者毀壞直流電壓開關(guān)15。在具有在子模塊7上分布的電容的多級(jí)變流 器拓樸結(jié)構(gòu)中，在接通直流電壓中間電路4時(shí)電容器中的電荷保持，因?yàn)槔m(xù)流 二極管9不允許放電。直流電壓開關(guān)15由此無(wú)電壓和電流地切換，/人而避免直 流電壓開關(guān)15的損壞。最后閉合交流電壓開關(guān)16。在中間電路4中短路的情 況下由供電網(wǎng)11驅(qū)動(dòng)的短路電流流過(guò)子模塊7。根據(jù)合適的電流測(cè)量這可以快 速地、也就是在微秒的范圍內(nèi)被識(shí)別，緊接著發(fā)送用于觸發(fā)半導(dǎo)體保護(hù)裝置、 即晶閘管10的觸發(fā)信號(hào)。通過(guò)預(yù)充電的儲(chǔ)能器5、 13,可以觸發(fā)晶閘管10的 觸發(fā)的控制并且由此保護(hù)并行的功率半導(dǎo)體8、 9。
合適地，直流電壓開關(guān)15是簡(jiǎn)單的隔離開關(guān)。而交流電壓開關(guān)16是功率 開關(guān)。功率開關(guān)可以在由電壓驅(qū)動(dòng)的電流情況下被切換到其分離位置，其中產(chǎn) 生的電弧被熄滅。換言之功率開關(guān)能夠極為有效地切換即使是高的功率。而隔 離開關(guān)設(shè)置為無(wú)電流地?cái)嚅_，其中避免了電弧形成。由此隔離開關(guān)主要可以價(jià) 格低廉地獲得。
權(quán)利要求
1.一種用于轉(zhuǎn)換電流的裝置(1)，具有至少一個(gè)相模塊(3a，3b，3c)，該相模塊具有交流電壓接頭(31，32，33)和至少一個(gè)與直流電壓中間電路(4)相連的直流電壓接頭(p，n)，并且具有至少一個(gè)儲(chǔ)能器(5，13)，其中，在每個(gè)直流電壓接頭(p，n)和每個(gè)交流電壓接頭(31，32，33)之間形成相模塊支路(6ap，6bp，6cp，6an，6bn，6cn)，以及其中，每個(gè)相模塊支路(6ap，6bp，6cp，6an，6bn，6cn)具有由子模塊(7)組成的串聯(lián)電路，這些子模塊分別具有至少一個(gè)功率半導(dǎo)體(8，9)，其中與每個(gè)子模塊(7)的功率半導(dǎo)體(8，9)并聯(lián)設(shè)置半導(dǎo)體保護(hù)裝置(10)和用于控制所述半導(dǎo)體保護(hù)裝置(10)的控制單元，以及所述儲(chǔ)能器(5，13)用于為所述控制單元提供能量，其特征在于，所述每個(gè)相模塊(3a，3b，3c)的至少一個(gè)直流電壓接頭(p)經(jīng)過(guò)直流電壓開關(guān)(15)與所述直流電壓中間電路(4)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(1 )，其特征在于，每個(gè)交流電壓接頭(3P 32, 33 )經(jīng)過(guò)交流電壓開關(guān)(16)與供電網(wǎng)(11 )相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置(1 ),其特征在于，所述半導(dǎo)體保護(hù)裝 置包括至少一個(gè)晶閘管(10)。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(l)，其特征在于，每個(gè)子模塊 (7)包括具有與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管(9)的可關(guān)斷功率半導(dǎo)體(8)，其中每個(gè)儲(chǔ)能器(5)設(shè)置在所迷直流電壓中間電路(4)中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的裝置(1 )，其特征在于，每個(gè)子模 塊(7 )具有一個(gè)儲(chǔ)能器(13 )和與該儲(chǔ)能器(13 )并聯(lián)的功率半導(dǎo)體電路(14 )。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置(1),其特征在于，所述功率半導(dǎo)體電路是 全橋式電路。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置(1 ),其特征在于，所述功率半導(dǎo)體電路(14 ) 具有兩個(gè)互相串聯(lián)的可關(guān)斷功率半導(dǎo)體(8)，這些可關(guān)斷功率半導(dǎo)體分別反并 聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管(9)。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(1)，其特征在于，所述直流電 壓開關(guān)(15)是隔離開關(guān)。
9. 一種限制具有功率半導(dǎo)體(8， 9)的變流器(2)損壞的方法，該變流 器(2)經(jīng)過(guò)具有短路的直流電壓中間電路(4)與至少一個(gè)變流器或者至少一 個(gè)機(jī)器相連，其中由所述變流器(2)的或者所述直流電壓中間電路(4)的儲(chǔ) 能器(5， 13)為控制單元供電，所述控制單元確定短路并且然后控制至少一個(gè) 與功率半導(dǎo)體(8, 9)并聯(lián)的半導(dǎo)體保護(hù)裝置(16),使得短路電流既流過(guò)半導(dǎo) 體保護(hù)裝置(10)也流過(guò)與之并聯(lián)的功率半導(dǎo)體(8, 9),其中，每個(gè)儲(chǔ)能器(5, 13)在變流器(2)與直流電壓中間電路(4)連接之前^皮充電。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，每個(gè)功率半導(dǎo)體(8, 9) 借助直流電壓開關(guān)(15)與所述直流電壓中間電路(4)相連。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，在將所述變流器(2)與 供電網(wǎng)(11)連接之前斷開每個(gè)直流電壓開關(guān)(15)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，借助交流電壓開關(guān)(16) 將所述變流器(2)與供電網(wǎng)(11)相連。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，為了將所述變流器(2) 與直流電壓中間電路(4)連接，首先斷開所有交流電壓開關(guān)(16)和所有直流 電壓開關(guān)(15)，然后為了對(duì)所述儲(chǔ)能器(5， 13)充電而閉合所述交流電壓開 關(guān)(16)，最后在所述儲(chǔ)能器(5， 13)充電之后斷開每個(gè)交流電壓開關(guān)(16), 為了將所述變流器(2)與直流電壓中間電路相連而閉合直流電壓開關(guān)(15), 并且最后為了將變流器(2)與交流電網(wǎng)(11)相連而閉合每個(gè)交流電壓開關(guān)， 只要事先沒(méi)有探測(cè)到DC短路。
全文摘要
提供了一種用于轉(zhuǎn)換電流的裝置(1)，具有至少一個(gè)相模塊(3a，3b，3c)，該相模塊具有交流電壓接頭(3₁，3₂，3₃)和至少一個(gè)與直流電壓中間電路(4)相連的直流電壓接頭(p，n)，并且具有至少一個(gè)儲(chǔ)能器(5，13)，其中在每個(gè)直流電壓接頭(p，n)和每個(gè)交流電壓接頭(3₁，3₂，3₃)之間形成相模塊支路(6ap，6bp，6cp，6an，6bn，6cn)，每個(gè)相模塊支路(6ap，6bp，6cp，6an，6bn，6cn)具有由子模塊(7)組成的串聯(lián)電路，這些子模塊分別具有至少一個(gè)功率半導(dǎo)體(8，9)，與每個(gè)子模塊(7)的功率半導(dǎo)體(8，9)并聯(lián)設(shè)置半導(dǎo)體保護(hù)裝置(10)和用于控制該半導(dǎo)體保護(hù)裝置(10)的控制單元，并且儲(chǔ)能器(5，13)為控制單元提供能量，該裝置就是在接通供電網(wǎng)時(shí)也能可靠防止由于直流電壓側(cè)出現(xiàn)的短路造成的損壞，按照本發(fā)明，每個(gè)相模塊(3a，3b，3c)的至少一個(gè)直流電壓接頭(p)經(jīng)過(guò)直流電壓開關(guān)(15)與直流電壓中間電路(4)相連。
文檔編號(hào)H02J3/36GK101611535SQ200780051738
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2007年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月13日
發(fā)明者喬格·蘭, 喬格·多恩, 克勞斯·沃爾夫林格, 夸克-布·圖, 英戈·尤勒, 邁克·多馬?？?申請(qǐng)人:西門子公司