DE102004034948A1 - Spannungsanstiegsbegrenzte Umrichterschaltung - Google Patents

Spannungsanstiegsbegrenzte Umrichterschaltung Download PDF

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Bjoern Oedegard
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
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Abstract

Es wird eine Umrichterschaltung mit einem durch zwei in Serie geschaltete Kondensatoren gebildeten Gleichspannungskreis (1), mit einem ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerk (5), mit einem zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerk (10) und mit einem ersten, zweiten, dritten und vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (S1, S2, S3, S4) und mit einem fünften und sechsten nicht ansteuerbaren unidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (S5, S6) angegeben. Zur Minimierung der Abschaltverluste an den Leistungshalbleiterschaltern (S1, S2, S3, S4) ist zu dem ersten und vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (S1, S4) und zur Serienschaltung des zweiten und dritten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshableiterschalters (S2, S3) jeweils eine Serienschaltung eines Widerstandes (15) mit einer Kapazität (16) parallel geschaltet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Leistungselektronik. Sie geht aus von einer Umrichterschaltung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Leistungshalbleiterschalter, insbesondere integrierte Thyristoren mit kommutierter Ansteuerelektrode (IGCT), werden derzeit vermehrt in der Umrichtertechnik und insbesondere in Umrichterschaltungen zur Schaltung von drei Spannungsniveaus eingesetzt. Eine solche Umrichterschaltung zur Schaltung von drei Spannungsniveaus ist in "Characterization of IGCTs for Series Connected Operation, Conference Record of Annual Meeting of IEEE Industry Applications Society, 2000, Oktober". Darin umfasst die Umrichterschaltung einen durch zwei in Serie geschaltete Kondensatoren gebildeten Gleichspannungskreis, wobei der Gleichspannungskreis einen ersten Hauptanschluss und einen zweiten Hauptanschluss und einen durch die zwei benachbarten und miteinander verbundenen Kondensatoren gebildeten Teilanschluss aufweist. Der Kapazitätswert der beiden Kondensatoren ist üblicherweise gleich gross gewählt. Zwischen dem ersten Hauptanschluss und dem zweiten Hauptanschluss liegt eine Gleichspannung an, wobei zwischen dem ersten Hauptanschluss und dem Teilanschluss, d.h. am einen Kondensator folglich die halbe Gleichspannung anliegt und zwischen dem Teilanschluss und dem zweiten Hauptanschluss, d.h. am anderen Kondensator folglich ebenfalls die halbe Gleichspannung an.
  • Ferner weist die Umrichterschaltung ein erstes Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerk auf, wobei eine Induktivität und ein Widerstand des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit dem ersten Hauptanschluss verbunden ist, eine Kapazität des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit dem Widerstand und mit dem Teilanschluss verbunden ist und eine Diode des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit der Induktivität und mit dem Verbindungspunkt des Widerstands mit der Kapazität verbunden ist. Desweiteren weist die Umrichterschaltung ein zweites Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerk auf, wobei eine Induktivität und ein Widerstand des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit dem zweiten Hauptanschluss verbunden ist, eine Kapazität des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit dem Widerstand und mit dem Teilanschluss verbunden ist und eine Diode des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit der Induktivität und mit dem Verbindungspunkt des Widerstands mit der Kapazität verbunden ist. Darüber hinaus ist ein erster, zweiter, dritter und vierter ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter und ein fünfter und sechster nicht ansteuerbarer unidirektionaler Leistungshalbleiterschalter vorgesehen, wobei der erste, zweite, dritte und vierte Leistungshalbleiterschalter in Serie geschaltet sind und der erste Leistungshalbleiterschalter mit dem Verbindungspunkt der Induktivität und der Diode des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks und der vierte Leistungshalbleiterschalter mit dem Verbindungspunkt der Induktivität und der Diode des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks verbunden ist. Der fünfte und sechste Leistungshalbleiterschalter ist in Serie geschaltet, wobei der Verbindungspunkt des fünften Leistungshalbleiterschalters mit dem sechsten Leistungshalbleiterschalter mit dem Teilanschluss verbunden ist, der fünfte Leistungshalbleiterschalter mit dem Verbindungspunkt des ersten Leistungshalbleiterschalters mit dem zweiten Leistungshalbleiterschalter verbunden ist und der sechste Leistungshalbleiterschalter mit dem Verbindungspunkt des dritten Leistungshalbleiterschalters mit dem vierten Leistungshalbleiterschalter verbunden ist.
  • Zum ersten, zweiten, dritten und vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter ist jeweils eine Serienschaltung eines Widerstands mit einer Kapazität parallel geschaltet, wobei die Kapazität einen Wert von typischerweise 500nF und der Widerstand einen Wert typischerweise 1 Ohm aufweist. Die jeweilige Serienschaltung des Widerstands mit der Kapazität mit der vorstehend erwähnten wertemässigen Auslegung dient dazu, eine ausgeglichene Spannungsverteilung an dem zugehörigen Leistungshalbleiterschalter bei Schaltzustandsübergängen, d.h. beim Übergang vom eingeschalteten Zustand zum ausgeschalteten Zustand oder vom ausgeschalteten Zustand zum eingeschalteten Zustand, zu erreichen.
  • Problematisch bei einer Umrichterschaltung nach "Characterization of IGCTs for Series Connected Operation, Conference Record of Annual Meeting of IEEE Industry Applications Society, 2000, Oktober" ist, dass durch die beschriebene wertemässige Auslegung des Widerstands und der Kapazität der Serienschaltung bei der Abschaltung des zugehörigen Leistungshalbleiterschalters ein hoher Spannungsanstieg bei gleichzeitig hohem Strom auftritt, was zu sehr hohen Abschaltverlusten und dynamischen Überhöhungen des elektrischen Feldes im Leistungshalbleiterschalter führt. Solche erhöhten Abschaltverluste und Feldstärken am jeweiligen Leistungshalbleiterschalter können aber diesen beschädigen oder gar zerstören.
  • Darstellung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Umrichterschaltung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Abschaltverluste an Leistungshalbleiterschaltern der Umrichterschaltung minimiert werden können. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
  • Die erfindungsgemässe Umrichterschaltung umfasst einen durch zwei in Serie geschaltete Kondensatoren gebildeten Gleichspannungskreis, wobei der Gleichspannungskreis einen ersten Hauptanschluss und einen zweiten Hauptanschluss und einen durch die zwei benachbarten und miteinander verbundenen Kondensatoren gebildeten Teilanschluss aufweist. Ferner ist ein erstes Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerk vorgesehen, wobei eine Induktivität und ein Widerstand des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit dem ersten Hauptanschluss verbunden ist, eine Kapazität des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit dem Widerstand und mit dem Teilanschluss verbunden ist und eine Diode des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit der Induktivität und mit dem Verbindungspunkt des Widerstands mit der Kapazität verbunden ist. Desweiteren weist die erfindungsgemässe Umrichterschaltung ein zweites Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerk auf, wobei eine Induktivität und ein Widerstand des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit dem zweiten Hauptanschluss verbunden ist, eine Kapazität des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit dem Widerstand und mit dem Teilanschluss verbunden ist und eine Diode des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks mit der Induktivität und mit dem Verbindungspunkt des Widerstands mit der Kapazität verbunden ist. Darüber hinaus ist ein erster, zweiter, dritter und vierter ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter und ein fünfter und sechster nicht ansteuerbarer unidirektionaler Leistungshalbleiterschalter vorgesehen, wobei der erste, zweite, dritte und vierte Leistungshalbleiterschalter in Serie geschaltet sind und der erste Leistungshalbleiterschalter mit dem Verbindungspunkt der Induktivität und der Diode des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks und der vierte Leistungshalbleiterschalter mit dem Verbindungspunkt der Induktivität und der Diode des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks verbunden ist. Der fünfte und sechste Leistungshalbleiterschalter ist in Serie geschaltet, wobei der Verbindungspunkt des fünften Leistungshalbleiterschalters mit dem sechsten Leistungshalbleiterschalter mit dem Teilanschluss verbunden ist, der fünfte Leistungshalbleiterschalter mit dem Verbindungspunkt des ersten Leistungshalbleiterschalters mit dem zweiten Leistungshalbleiterschalter verbunden ist und der sechste Leistungshalbleiterschalter mit dem Verbindungspunkt des dritten Leistungshalbleiterschalters mit dem vierten Leistungshalbleiterschalter verbunden ist. Erfindungsgemäss ist zu dem ersten und vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter und zur Serienschaltung des zweiten und dritten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalters jeweils eine Serienschaltung eines Widerstands mit einer Kapazität parallel geschaltet.
  • Vorteilhaft ist es mittels der erfindungsgemässen jeweiligen Serienschaltung des Widerstands mit der Kapazität möglich, den Spannungsanstieg bei der Abschaltung des zugehörigen Leistungshalbleiterschalters zu begrenzen, was zu einer signifikanten Verringerung der Abschaltverluste sowie zu einer signifikanten Erhöhung des maximal abschaltbaren Stromes des Leistungshalbleiterschalters führt. Der jeweilige Leistungshalbleiterschalter kann dadurch weitestgehend vor einer Beschädigung oder Zerstörung geschützt werden. Zusätzlich ermöglicht die Spannungsbegrenzung eine wesentliche Erhöhung der Umrichterleistung. Weiterhin kann die Bauelementeanzahl stark reduziert werden, da nicht zu jedem Leistungshalbleiterschalter eine Serienschaltung eines Widerstands mit einer Kapazität parallel geschaltet ist.
  • Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen:
  • 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Umrichterschaltung und
  • 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemässen Umrichterschaltung Die in der Zeichnung verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die beschriebenen Ausführungsformen stehen beispielhaft für den Erfindungsgegenstand und haben keine beschränkende Wirkung.
  • Wege zur Ausführung der Erfindung
  • In 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemässen Umrichterschaltung gezeigt. Die Umrichterschaltung gemäss 1 umfast einen durch zwei in Serie geschaltete Kondensatoren gebildeten Gleichspannungskreis 1, wobei der Gleichspannungskreis 1 einen ersten Hauptanschluss 2 und einen zweiten Hauptanschluss 3 und einen durch die zwei benachbarten und miteinander verbundenen Kondensatoren gebildeten Teilanschluss 4 aufweist. Ferner ist bei der erfindungsgemässen Umrichterschaltung nach 1 ein erstes Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerk 5 vorgesehen, wobei gemäss 1 eine Induktivität 6 und ein Widerstand 7 des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks 5 mit dem ersten Hauptanschluss 2 verbunden ist, eine Kapazität 8 des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks 5 mit dem Widerstand 7 und mit dem Teilanschluss 4 verbunden ist und eine Diode 9 des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks 5 mit der Induktivität 6 und mit dem Verbindungspunkt des Widerstands 7 mit der Kapazität 8 verbunden ist. Weiterhin ist gemäss 2 ein zweites Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerk 10 vorgesehen, wobei eine Induktivität 11 und ein Widerstand 12 des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks 10 mit dem zweiten Hauptanschluss 3 verbunden ist, eine Kapazität 13 des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks 10 mit dem Widerstand 12 und mit dem Teilanschluss 4 verbunden ist und eine Diode 14 des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks 10 mit der Induktivität 11 und mit dem Verbindungspunkt des Widerstands 12 mit der Kapazität 13 verbunden ist. Darüber hinaus weist die erfindungsgemässe Umrichterschaltung einen ersten, zweiten, dritten und vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter S1, S2, S3, S4 und einen fünften und sechsten nicht ansteuerbaren unidirektionalen Leistungshalbleiterschalter S5, S6 auf. Der fünfte und sechste Leistungshalbleiterschalter S5, S6 ist ein nicht ansteuerbarer unidirektionaler Leistungshalbleiterschalter, jeweils gebildet durch eine Diode. Somit bildet der fünfte und sechste Leistungshalbleiterschalter S5 und S6 eine passive Klemmschaltgruppe. Vorzugsweise ist der erste, zweite, dritte und vierte ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter S1, S2, S3, S4 jeweils durch einen integrierten Thyristor mit kommutierter Ansteuerelektrode und durch eine zu dem Thyristor antiparallel geschaltete Diode gebildet. Ferner ist der fünfte und sechste nicht ansteuerbare unidirektionale Leistungshalbleiterschalter S5, S6 vorzugsweise jeweils durch eine Diode gebildet.
  • Gemäss 1 sind der erste, zweite, dritte und vierte Leistungshalbleiterschalter S1, S2, S3, S4 in Serie geschaltet und der erste Leistungshalbleiterschalter S1 ist mit dem Verbindungspunkt der Induktivität 6 und der Diode 9 des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks 5 und der vierte Leistungshalbleiterschalter S4 mit dem Verbindungspunkt der Induktivität 11 und der Diode 14 des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks 10 verbunden. Desweiteren ist der fünfte und sechste Leistungshalbleiterschalter S5, S6 in Serie geschaltet, der Verbindungspunkt des fünften Leistungshalbleiterschalters S5 mit dem sechsten Leistungshalbleiterschalter S6 mit dem Teilanschluss 4 verbunden, der fünfte Leistungshalbleiterschalter S6 mit dem Verbindungspunkt des ersten Leistungshalbleiterschalters S1 mit dem zwei ten Leistungshalbleiterschalter S2 verbunden und der sechste Leistungshalbleiterschalter S6 mit dem Verbindungspunkt des dritten Leistungshalbleiterschalters S3 mit dem vierten Leistungshalbleiterschalter S4 verbunden. Erfindungsgemäss ist zu dem ersten und vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter S1, S4 und zur Serienschaltung des zweiten und dritten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalters S2, S3 jeweils eine Serienschaltung eines Widerstands 15 mit einer Kapazität 16 parallel geschaltet. Die jeweilige Serienschaltung des Widerstands 15 mit der Kapazität 16 parallel zum ersten beziehungsweise parallel zum vierten Leistungshalbleiterschalter S1, S4 wirkt beim Abschaltvorgang des ersten beziehungsweise vierten Leistungshalbleiterschalters S1, S4. Weiterhin wirkt die Serienschaltung des Widerstands 15 mit der Kapazität 16 parallel zur Serienschaltung des zweiten und dritten Leistungshalbleiterschalters S2, S3 beim Abschaltvorgang des zweiten und dritten, aber auch des fünften und sechsten Leistungshalbleiterschalters S2, S3, S5, S6. Die Serienschaltung des Widerstands 15 mit der Kapazität 16 bewirkt beim Abschaltvorgang des zugehörigen Leistungshalbleiterschalters S1, S2, S3, S4, S5, S6, dass ein Strom in die Kapazität 16 getrieben wird, so dass der Spannungsanstieg am zugehörigen Leistungshalbleiterschalters S1, S2, S3, S4, S5, S6 begrenzt wird. Dies entlastet den zugehörigen Leistungshalbleiterschalter S1, S2, S3, S4, S5, S6 in zweierlei Hinsicht. Einerseits reduziert sich die maximale Schaltleistung im Leistungshalbleiterschalter S1, S2, S3, S4, S5, S6, wobei diese maximale Schaltleistung mit dem maximal abschaltbaren Strom korreliert. Andererseits werden auch die Schaltverluste reduziert, wenn während dem Spannungsanstieg ein kleinerer Teil vom Strom im Leistungshalbleiterschalter S1, S2, S3, S4, S5, S6 selbst fliesst. Diese Reduktion der Schaltverluste ist Voraussetzung dafür, dass man die erhöhte Abschaltfähigkeit zu einer Erhöhung der Umrichterleistung nutzen kann, ohne dass sich die Betriebstemperatur des Leistungshalbleiterschalters erhöht oder die Schaltfrequenz der Umrichterschaltung reduziert werden muss. Insgesamt führt die Begrenzung des Spannungsanstiegs vorteilhaft zu einer signifikanten Verringerung der Abschaltverluste sowie zu einer signifikanten Erhöhung des maximal abschaltbaren Stromes an den jeweiligen Leistungshalbleiterschaltern S1, S2, S3, S4, S5, S6, wodurch diese weitestgehend vor einer Beschädigung oder Zerstörung geschützt werden können. Weiterhin kann die Bauelementeanzahl der Umrichterschaltung stark reduziert werden, da nicht zu jedem Leistungshalbleiterschalter S1, S2, S3, S4, S5, S6 eine Serienschaltung eines Widerstands 15 mit einer Kapazität 16 parallel geschaltet ist.
  • Vorzugsweise weist die Kapazität 16 einen Wert in der Grössenordnung grösser 1μF und der Widerstand 15 einen Wert in der Grössenordnung zwischen 2Ohm und 4Ohm auf.
  • Optional ist parallel zu dem Widerstand 15 einer jeden Serienschaltung des Widerstands 15 mit der Kapazität 16 eine Diode geschaltet, wodurch Verluste vorteilhaft weiter reduziert werden können. Die jeweilige Diode ist dazu in 1 und in einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemässen Umrichterschaltung nach 2 gestrichelt eingezeichnet.
  • Gemäss 1 weist die erfindungsgemässe Umrichterschaltung ein ansteuerbares Kurzschlusselement 17 auf, welches mit dem Teilanschluss 4 und mit dem Verbindungspunkt des zweiten mit dem dritten Leistungshalbleiterschalter S2, S3 verbunden ist. Das ansteuerbare Kurzschlusselement 17 lässt sich somit sehr einfach in den bestehenden Verbund der Leistungshalbleiterschalter S1, S2, S3, S4, S5, S6 der Umrichterschaltung integrieren, so dass vorteilhaft Platz gespart werden kann. Das ansteuerbare Kurzschlusselement 17 dient bei einem Kurzschluss in einem oder mehreren der ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter S1, S2, S3, S4, S5, S6 dazu, dass ein durch den Kurzschluss bedingter Kurzschlussstrom aus den Kondensatoren des Gleichspannungskreises 1 nur sehr kurz über den oder die kurzschlussbehafteten Leistungshalbleiterschalter S1, S2, S3, S4, S5, S6 und dann über das Kurzschlusselement 17 zum Teilanschluss 4 gelenkt wird, damit das oder die kurzschlussbehafteten Leistungshalbleiterschalter S1, S2, S3, S4, S5, S6 nicht weiter beschädigt, belastet oder zerstört werden. Das ansteuerbare Kurzschlusselement 17 gemäss 1 dient zudem bei einem Kurzschluss an einer oder mehreren Phasen eines an die Umrichterschaltung angeschlossenen elektrischen Wechselspannungsnetzes dazu, dass ein durch den Kurzschluss bedingter Kurzschlussstrom aus den Phasen nicht oder nur mit einer kleinen Amplitude über die Leistungshalbleiterschalter S1, S2, S3, S4, S5, S6, insbesondere über die Dioden der die Leistungshalbleiterschalter S1, S2, S3, S4, S5, S6 fliesst, damit die Leistungshalbleiterschalter S1, S2, S3, S4, S5, S6 nicht weiter oder überhaupt nicht beschädigt, belastet oder zerstört werden. Ein solcher Kurzschlussstrom bzw. Fehlerstrom wird in diesem Fall über das Kurzschlusselement 17 zum Teilanschluss 4 gelenkt. Das Kurzschlusselement 17 wird dann angesteuert, wenn mittels einer Detektionseinrichtung ein Kurzschlussstrom detektiert wird.
  • In 2 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemässen Umrichterschaltung gezeigt. Die zweite Ausführungsform gemäss 2 unterscheidet sich von der vorstehend detailliert beschriebenen ersten Ausführungsform gemäss 1 darin, dass ein ansteuerbares Kurzschlusselement vorgesehen ist, welches über eine Induktivität 20 mit dem Verbindungspunkt des zweiten mit dem dritten Leistungshalbleiterschalter S2, S3 verbunden ist, wobei eine Serienschaltung eines Widerstands 18 mit einer Kapazität 19 parallel zu dem ansteuerbaren Kurzschlusselement 17 geschaltet ist. Die Induktivität 20 und Serienschaltung des Widerstands 18 mit der Kapazität 19 sind optional. Die vorstehend beschriebene Verschaltung der Induktivität 20, des Widerstands 18 und der Kapazität 19 stellt beim Einschalten des Kurzschlusselementes 17 eine Stromanstiegsbegrenzungseinrichtung, d.h. der Stromanstieg beim Einschalten wird begrenzt, sowie beim Abschalten des Kurzschlusselementes 17 eine Spannungsanstiegsbegrenzungseinrichtung, d.h. der Spannungsanstieg beim Abschalten wird begrenzt, dar. Dieses ansteuerbare Kurzschlusselement 17 gemäss 2 dient bei einem Kurzschluss an einer oder mehreren Phasen eines an die Umrichterschaltung angeschlossenen elektrischen Wechselspannungsnetzes dazu, dass ein durch den Kurzschluss bedingter Kurzschlussstrom aus den Phasen nicht oder nur mit einer kleinen Amplitude über die Leistungshalbleiterschalter S1, S2, S3, S4, S5, S6, insbesondere über die Dioden der die Leistungshalbleiterschalter S1, S2, S3, S4, S5, S6 fliesst, damit die Leistungshalbleiterschalter S1, S2, S3, S4, S5, S6 nicht weiter oder überhaupt nicht beschädigt, belastet oder zerstört werden. Das Kurzschlusselement 17 wird dann angesteuert, wenn mittels einer Detektionseinrichtung ein Kurzschlussstrom detektiert wird, wobei das ansteuerbare Kurzschlusselement 17 dann die jeweils mit dem Kurzschlusselement 18 verbundene Phasen kurzschliesst.
  • Das Kurzschlusselement 17 nach 1 und 2 ist mit Vorteil aus zwei antiparallel geschalteten ansteuerbaren Leistungshalbleitern mit jeweiliger Druckkontaktierung, wie beispielsweise Scheibenthyristoren oder GTOs, gebildet. Der jeweilige ansteuerbare Leistungshalbleiterschalter des ansteuerbaren Kurzschlusselementes 17 kann aber auch durch einen integrierten Thyristor mit kommutierter Ansteuerelektrode oder durch einen Triac gebildet sein.
  • Gemäss 1 und 2 ist parallel zur Serienschaltung des fünften und sechsten Leistungshalbleiterschalters S5, S6 ein Symmetrierungswiderstand 21 geschaltet. Der Sym metrierungswiderstand 21 dient mit Vorteil dazu, beispielsweise bei einem Abschaltvorgang sämtlicher Leistungshalbleiterschalter S1, S2, S3, S4, S5, S6 eine nahezu symmetrische Spannungsverteilung über den Leistungshalbleiterschalter S1, S2, S3, S4, S5, S6 zu erzielen und somit einzelne Leistungshalbleiterschalter S1, S2, S3, S4, S5, S6 vor zu grossen Spannungen zu schützen.
  • 1
    Gleichspannungskreis
    2
    erster Hauptanschluss
    3
    zweiter Hauptanschluss
    4
    Teilanschluss
    5
    erstes Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerk
    6
    Induktivität des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks
    7
    Widerstand des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks
    8
    Kapazität des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks
    9
    Diode des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks
    10
    zweites Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerk
    11
    Induktivität des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks
    12
    Widerstand des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks
    13
    Kapazität des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks
    14
    Diode des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks
    15
    Widerstand
    16
    Kapazität
    17
    ansteuerbares Kurzschlusselement
    18
    Widerstand
    19
    Kapazität
    20
    Induktivität
    21
    Symmetrierungswiderstand
    S1
    erste Leistungshalbleiterschalter
    S2
    zweiter Leistungshalbleiterschalter
    S3
    dritter Leistungshalbleiterschalter
    S4
    vierter Leistungshalbleiterschalter
    S5
    fünfter Leistungshalbleiterschalter
    S6
    sechster Leistungshalbleiterschalter

Claims (10)

  1. Umrichterschaltung mit einem durch zwei in Serie geschaltete Kondensatoren gebildeten Gleichspannungskreis (1), wobei der Gleichspannungskreis (1) einen ersten Hauptanschluss (2) und einen zweiten Hauptanschluss (3) und einen durch die zwei benachbarten und miteinander verbundenen Kondensatoren gebildeten Teilanschluss (4) umfasst, mit einem ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerk (5), wobei eine Induktivität (6) und ein Widerstand (7) des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks (5) mit dem ersten Hauptanschluss (2) verbunden ist, eine Kapazität (8) des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks (5) mit dem Widerstand (7) und mit dem Teilanschluss (4) verbunden ist und eine Diode (9) des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks (5) mit der Induktivität (6) und mit dem Verbindungspunkt des Widerstands (7) mit der Kapazität (8) verbunden ist, mit einem zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerk (10), wobei eine Induktivität (11) und ein Widerstand (12) des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks (10) mit dem zweiten Hauptanschluss (3) verbunden ist, eine Kapazität (13) des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks (10) mit dem Widerstand (12) und mit dem Teilanschluss (4) verbunden ist und eine Diode (14) des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks (10) mit der Induktivität (11) und mit dem Verbindungspunkt des Widerstands (12) mit der Kapazität (13) verbunden ist, mit einem ersten, zweiten, dritten und vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (S1, S2, S3, S4) und mit einem fünften und sechsten nicht ansteuerbaren unidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (S5, S6), wobei der erste, zweite, dritte und vierte Leistungshalbleiterschalter (S1, S2, S3, S4) in Serie geschaltet sind und der erste Leistungshalbleiterschalter (S1) mit dem Verbindungspunkt der Induktivität (6) und der Diode (9) des ersten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks (5) und der vierte Leistungshalbleiterschalter (S4) mit dem Verbindungspunkt der Induktivität (11) und der Diode (14) des zweiten Stromanstiegsbegrenzungsnetzwerks (10) verbunden ist, und wobei der fünfte und sechste Leistungshalbleiterschalter (S5, S6) in Serie geschaltet ist, der Verbindungspunkt des fünften Leistungshalbleiterschalters (S5) mit dem sechsten Leistungshalbleiterschalter (S6) mit dem Teilanschluss (4) verbunden ist, der fünfte Leistungshalbleiterschalter (S6) mit dem Verbindungspunkt des ersten Leistungshalbleiter schalters (S1) mit dem zweiten Leistungshalbleiterschalter (S2) verbunden ist und der sechste Leistungshalbleiterschalter (S6) mit dem Verbindungspunkt des dritten Leistungshalbleiterschalters (S3) mit dem vierten Leistungshalbleiterschalter (S4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem ersten und vierten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (S1, S4) und zur Serienschaltung des zweiten und dritten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalters (S2, S3) jeweils eine Serienschaltung eines Widerstands (15) mit einer Kapazität (16) parallel geschaltet ist.
  2. Umrichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität (16) einen Wert in der Grössenordnung grösser 1μF und der Widerstand (15) einen Wert in der Grössenordnung zwischen 2Ohm und 4Ohm aufweist.
  3. Umrichterschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem Widerstand (15) jeden Serienschaltung des Widerstands (15) mit der Kapazität (16) eine Diode geschaltet ist.
  4. Umrichterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, zweite, dritte und vierte ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter (S1, S2, S3, S4) jeweils durch einen integrierten Thyristor mit kommutierter Ansteuerelektrode und durch eine zu dem Thyristor antiparallel geschaltete Diode gebildet ist.
  5. Umrichterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der fünfte und sechste nicht ansteuerbare unidirektionale Leistungshalbleiterschalter (S5, S6) jeweils durch eine Diode gebildet ist.
  6. Umrichterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein ansteuerbares Kurzschlusselement (17) mit dem Teilanschluss (4) und mit dem Verbindungspunkt des zweiten mit dem dritten Leistungshalbleiterschalter (S2, S3) verbunden ist.
  7. Umrichterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein ansteuerbares Kurzschlusselement (17) vorgesehen ist, welches über eine Induktivität (20) mit dem Verbindungspunkt des zweiten mit dem dritten Leistungshalbleiterschalter (S2, S3) verbunden ist, und dass eine Serienschaltung eines Widerstands (18) mit einer Kapazität (19) parallel zu dem ansteuerbaren Kurzschlusselement (17) geschaltet ist.
  8. Umrichterschaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das ansteuerbare Kurzschlusselement (17) aus zwei antiparallel geschalteten ansteuerbaren Leistungshalbleiterschaltern mit jeweiliger Druckkontaktierung gebildet ist.
  9. Umrichterschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige ansteuerbare Leistungshalbleiterschalter des ansteuerbaren Kurzschlusselementes (17) durch einen integrierten Thyristor mit kommutierter Ansteuerelektrode gebildet ist.
  10. Umrichterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Serienschaltung des fünften und sechsten Leistungshalbleiterschalters (S5, S6) ein Symmetrierungswiderstand (21) geschaltet ist.
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