DE10328585B3

DE10328585B3 - Electrostatic filter with overvoltage protection

Info

Publication number: DE10328585B3
Application number: DE10328585A
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr. Grass
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2023-06-26
Also published as: EP1635952A1; RS20060050A; WO2004112966A1; UA78457C2

Abstract

Eine elektrostatische Filteranordnung weist eine Art Schaltnetzteil auf, um die zur Koronaentladung führende Hochspannung zu erzeugen. In diesem Schaltnetzteil wird eine Kaskade von elektronischen Schaltern verwendet. Zu jedem elektronischen Schalter gehört eine Schaltungsanordnung, die dafür sorgt, dass der Schalter in den leitenden Zustand gelangt, wenn die an seiner Hauptstrecke anstehende Spannung einen vorgegebenen Wert überschreitet. DOLLAR A Ferner ist eine Schaltungsanordnung vorgesehen, die dazu dient, einer zentralen Steuer- und Überwachungsschaltung zu melden, ob sich das überwachte Schaltelement im gesperrten oder leitenden Zustand befindet.An electrostatic filter assembly includes a type of switching power supply to generate the corona discharge leading high voltage. In this switching power supply, a cascade of electronic switches is used. To each electronic switch includes a circuit arrangement that ensures that the switch enters the conductive state when the voltage applied to its main line voltage exceeds a predetermined value. DOLLAR A Further, a circuit arrangement is provided which serves to report to a central control and monitoring circuit, whether the monitored switching element is in the locked or conductive state.

Description

Elektrostatische Filter werden dazu verwendet, Partikel aus einem Gasstrom auf einer Oberfläche abzuscheiden. Hierzu lässt man den zu filternden Gasstrom zwischen Filterplatten hindurch streichen, zwischen denen ein starkes elektrisches Feld herrscht. Mit Hilfe von überlagerten Spannungsbursts, d.h. einer kurzzeitigen Erhöhung des elektrischen Potentials, wird an den Platten eine Koronaentladung erzeugt, um Ladungsträger auf die abzuscheidenden Partikel zu transportieren. Nach dem Verschwinden des Spannungsimpulses wandern die aufgeladenen Partikel in Richtung auf die Platte mit der umgekehrten Polarität.electrostatic Filters are used to remove particles from a gas stream on one surface deposit. To do this to pass the gas flow to be filtered between the filter plates, between which has a strong electric field. With the help of superimposed Voltage bursts, i. a short-term increase in the electrical potential, a corona discharge is generated on the plates to charge carriers on to transport the particles to be deposited. After the disappearance of the voltage pulse, the charged particles migrate in the direction on the plate with the opposite polarity.

Den Grundaufbau eines solchen elektrostatischen Filters zeigt beispielsweise die EP 1 119 912 B1 . Zum Stand der Technik wird zusätzlich auf die DE 196 14 195 C1 verwiesen.The basic structure of such an electrostatic filter, for example, the EP 1 119 912 B1 , The prior art is in addition to the DE 196 14 195 C1 directed.

Im Falle der EP 1 119 912 B1 ist zu den Platten des Filters eine Hochspannungsquelle parallel geschaltet. Die zusätzlichen Spannungsimpulse werden mit Hilfe eines Serienschwingkreises erzeugt, der zu dem Filter parallel liegt. Aus elektrischer Sicht bildet das Filter einen Kondensator mit ca. 100 nF. Der Serienschwingkreis enthält einen Ladekondensator mit ca. 1 uF, dem seinerseits eine Hochspannungsladeschaltung zugeordnet ist. Sobald der Kondensator aufgeladen ist, wird er über die Induktivität des Serienschwingkreises mit Hilfe eines gesteuerten elektronischen Schalters an das Filter angelegt. Es findet ein Umschwingvorgang statt, der das Filter auf eine wesentliche höhere Spannung als die Ruhespannung auflädt. Hierdurch wird die oben erwähnte Koronaentladung erzeugt.In case of EP 1 119 912 B1 is connected in parallel to the plates of the filter, a high voltage source. The additional voltage pulses are generated by means of a series resonant circuit which is parallel to the filter. From an electrical point of view, the filter forms a capacitor with approx. 100 nF. The series resonant circuit contains a charging capacitor with about 1 uF, which in turn is associated with a high voltage charging circuit. Once the capacitor is charged, it is applied to the filter via the inductance of the series resonant circuit by means of a controlled electronic switch. There is a Umschwingvorgang, which charges the filter to a voltage substantially higher than the rest voltage. As a result, the above-mentioned corona discharge is generated.

Sobald der Umschwingvorgang abgeschlossen ist, findet über Freilaufdioden ein Rückschwingen der elektrischen Energie statt, das beendet ist, wenn die Spannung an dem Filter gleich der Ruhespannung ist. Der Ladekondensator weist anschließend eine Spannung auf, die etwas geringer ist als die Spannung vor dem Beginn des Umschwingvorgangs.As soon as the Umschwingvorgang is completed, finds a return swing over freewheeling diodes instead of the electrical energy that is stopped when the voltage on the filter is equal to the rest voltage. The charging capacitor points subsequently a voltage that is slightly lower than the voltage before that Start of the Umschwingvorgangs.

Die elektronischen Schalter, die dazu verwendet werden um für den Umschwingvorgang den Stromkreis zu schießen, müssen eine sehr hohe Spannung aushalten. Wenn hierzu IGBT's verwendet werden, muss eine Vielzahl von IGBT's in Serie geschaltet sein, weil jeder Einzelne keine ausreichende Sperrspannung aufweist.The electronic switches, which are used for the Umschwingvorgang to shoot the circuit, have to withstand a very high voltage. If IGBTs are used, needs a lot of IGBT's be connected in series because each individual does not have sufficient reverse voltage having.

Hieraus folgen zwei Problemstellungen:
Es muss sichergestellt sein, dass alle elektronischen Schalter ungefähr gleichzeitig in den leitenden Zustand überwechseln. Eilt einer der elektronischen Schalter nach, tritt an diesem möglicherweise eine Spannungsüberlastung ein, mit der Folge des Durchschlags, was das elektronische Bauelement unbrauchbar werden lässt. Man ist zwar bemüht, mit Hilfe von Lichtwellenleitern und entsprechenden Treiberschaltungen diese Fehler zu vermeiden. Allerdings zeigen die elektronischen Bauelemente selbst ein gewisses unterschiedliches zeitliches Schaltverhalten.This results in two problems:
It must be ensured that all electronic switches change into conducting state approximately at the same time. If one of the electronic switches lags behind, it may experience a voltage overload, resulting in breakdown, rendering the electronic device unusable. Although efforts are being made to avoid these errors with the aid of optical waveguides and corresponding driver circuits. However, the electronic components themselves show a certain different temporal switching behavior.

Die zweite Schwierigkeit besteht in der Überlastung der Kaskade aus elektronischen Schaltern, sollte einer der Schalter nicht mehr in den Sperrzustand zurückkehren. Die Gesamtspannung muss dann von einer geringeren Anzahl von elektronischen Schaltern aufgenommen werden.The second difficulty is overloading the cascade electronic switches, one of the switches should no longer be in return the lock state. The total voltage then needs to be from a smaller number of electronic switches be recorded.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine elektrostatische Filteranordnung zu schaffen, bei der keine Spannungsüberlastung der einzelnen elektronischen Schalter in Folge unterschiedlichen Schaltverhaltens auftritt.outgoing It is an object of the invention to provide an electrostatic filter arrangement to create, with no voltage overload of each electronic Switch occurs as a result of different switching behavior.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Filteranordnungen mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 2 gelöst.These The object is achieved by the Filter arrangements solved with the features of claims 1 and 2, respectively.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Bei der neuen elektrostatischen Filteranordnung ist eine Spannungsquelle vorgesehen, die für die Platten des Filters die Grundvorspannung liefert. Die Spannungspeaks zum Aufladen der Partikel im Aerosol werden mit Hilfe einer zweiten Spannungsquelle erzeugt, die nach Art eines Schaltnetzteils arbeitet. Aus der Spannungsquelle wird zunächst ein Ladekondensator aufgeladen, der über die Kette aus elektronischen Schaltern und eine Induktivität zu dem Filter parallel geschaltet wird. Hierdurch wird eine Spannungsüberhöhung erreicht, die zu einer Koronaentladung führt. Entsprechend der Zeitkonstanten des so gebildeten Parallelschwingkreises laufen die Ladungen anschließend über Freilaufdioden, die zu den elektronischen Schaltern parallel liegen, in den Ladekondensator zurück.at the new electrostatic filter assembly is a voltage source provided for the Plates of the filter provides the ground bias. The voltage peaks to charge the particles in the aerosol are using a second Voltage generated, which operates in the manner of a switching power supply. From the voltage source is first charged a charging capacitor, which over the chain of electronic Switches and an inductance is switched to the filter in parallel. As a result, a voltage increase is achieved which leads to a corona discharge. Run according to the time constant of the parallel resonant circuit thus formed the charges then via freewheeling diodes, which are parallel to the electronic switches, in the charging capacitor back.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung geht es darum, eine Sperrspannungsüberlastung der einzelnen elektronischen Schalter infolge zeitlich unterschiedlicher Schaltverhalten zu vermeiden.According to one First aspect of the invention is about a blocking voltage overload the individual electronic switch as a result of temporally different To avoid switching behavior.

Um Schaltzeitunterschiede bei den einzelnen elektronischen Schaltern auszugleichen, ist jeder elektronische Schalter mit zugehörigen Mitteln versehen, die abhängig von der Spannung, die an der Hauptstrecke des elektronischen Schalters anliegen, den jeweiligen elektronischen Schalter durchsteuern. Signalübermittlungsfehler oder dergleichen, können unter diesen Umständen nicht dazu führen, dass ein elektronisches Bauelement zu lange im Sperrzustand bleibt und wegen Überschreiten der Sperrspannung durchschlägt.To compensate for switching time differences in the individual electronic switches, each electronic switch is provided with associated means which anlie depending on the voltage applied to the main line of the electronic switch through the respective electronic switch. Signal transmission errors or the like, under these circumstances can not lead to an electronic device remains in the blocking state for too long and breaks through because of exceeding the blocking voltage.

Diese Mittel sind im einfachsten Falle durch Bauelemente gebildet, die Z-Diodencharakteristik aufweisen. Solche Bauelemente können Z-Dioden oder Avalanche-Dioden sein.These Means are formed in the simplest case by components that Have Z-diode characteristic. Such devices may Z-diodes or Be avalanche diodes.

Sollten höhere Leistungen gefordert werden, besteht die Möglichkeit die Mittel zum Aufsteuern der elektronischen Schalters durch einen Transistor zu bilden, dem ein Bauelement mit Z-Diodencharakteristik zwischen der Steuerelektrode und der einen Hauptelektrode parallel geschaltet ist.Should higher Services are required, there is the possibility of the means to drive up the electronic switch through a transistor, the a Z-diode device between the control electrode and the one main electrode is connected in parallel.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung geht es darum, eine spannungsmäßige Überlastung der Kette von elektronischen Schaltern zu vermeiden, falls einer der Schalter versagt hat und er ständig im leitenden Zustand bleibt. Damit würde sich die Gesamtspannung auf weniger elektronische Bauelemente aufteilen müssen. Es besteht die Gefahr, dass weitere Ausfälle die Sperrspannung an einzelnen elektronischen Schaltern soweit ansteigen lässt, dass auch diese durchgeschossen werden, mit der Folge eines Kurzschlusses der Spannungsversorgung.According to one second aspect of the invention is concerned, a voltage overload of the Chain of electronic switches to avoid if any of Switch has failed and he constantly remains in the conductive state. That would be the total voltage have to divide on fewer electronic components. It there is a risk that further failures the blocking voltage to individual electronic Switch so far as to increase these too are shot through, resulting in a short circuit the power supply.

Es ist deswegen bei der Schaltung vorgesehen, bei jedem elektronischen Schalter den Schaltzustand zu überwachen. In der übergeordneten Steuerschaltung kann sodann synchronisiert werden, ob die Meldung des Leitend- oder Gesperrtzustandes des betreffenden elektronischen Schalters zu dem Signal passt, das die übergeordnete Steuerschaltung beispielsweise über Lichtwellenleiter an den einzelnen elektronischen Schalter übermittelt.It is therefore provided in the circuit, with every electronic Switch to monitor the switching state. In the parent Control circuit can then be synchronized, whether the message the Leitend- or locked state of the relevant electronic Switch to the signal that matches the parent control circuit for example about Optical fiber transmitted to the individual electronic switch.

Eine sehr einfache Schaltungsanordnung zum Erfassen des Schaltzustandes besteht in der Überwachung des Spannungsabfalls an dem jeweiligen elektronischen Schalter.A very simple circuit arrangement for detecting the switching state consists in monitoring the voltage drop across the respective electronic switch.

Hierzu kann eine Diode verwendet werden, die mit einer elektrischen Stromversorgung in Serie liegt. Der Stromfluss durch die Diode setzt ein, sobald sich der elektronische Schalter im leitenden Zustand befindet, und hört auf, wenn die Sperr spannung an dem Transistor ein vorgegebenes Maß überschritten hat. Die Schaltschwelle wird festgelegt durch die Leerlaufspannung der Stromversorgungsquelle.For this A diode can be used that comes with an electrical power supply in series. The current flow through the diode begins as soon as it is the electronic switch is in the conductive state, and stops when the blocking voltage on the transistor has exceeded a predetermined level. The switching threshold is determined by the open circuit voltage of Power source.

Um den Strom zu ermitteln ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen. Diese Sensoreinrichtung kann die Klemmenspannung an der elektrischen Energiequelle oder den Spannungsabfall an einem Sensorwiderstand erfassen.Around to determine the current, a sensor device is provided. These Sensor device may be the terminal voltage at the electrical energy source or detect the voltage drop across a sensor resistor.

Mit Hilfe eines Schmitt-Triggers wird das Signal ausgewertet und über einen Lichtwellenleiter der übergeordneten Steuerschaltung vermeldet. Das Signal was dort abgegeben wird ist ein binäres Signal.With Help of a Schmitt trigger the signal is evaluated and over a Optical fiber of the parent Control circuit reported. The signal that is delivered there is a binary one Signal.

In allen Fällen kann zu der Serienschaltung aus Ladekapazität und der Kette von steuerbaren elektronischen Schaltern wenigstens eine Ladediode parallel geschaltet sein. Sie sorgt dafür, dass beim Laden des Ladekondensators der Stromkreis geschlossen ist.In all cases can be connected to the series circuit of charging capacity and the chain of controllable electronic Switches be connected in parallel at least one charging diode. she makes sure that when charging the charging capacitor, the circuit is closed is.

Das Rückschwingen der elektrischen Energie aus dem Filter geschieht vorzugsweise über einzelne Freilaufdioden, die jeweils den elektronischen Schaltern parallel geschaltet sind.The swinging back The electrical energy from the filter is preferably done via individual Freewheeling diodes, each one parallel to the electronic switches are switched.

Der elektronische Schalter kann von einem IGBT oder einem GTO gebildet sein.Of the electronic switches can be formed by an IGBT or a GTO be.

Eine besonders schnelle Ansteuerung der einzelnen elektronischen Schalter ist über Lichtwellenleiter möglich.A particularly fast control of the individual electronic switches is over Fiber optic cable possible.

Dabei ist zweckmäßigerweise jedem elektronischem Schalter eine Treiberschaltung zugeordnet, die ihre eigene galvanisch getrennte Stromversorgung enthält. Die Stromversorgungseinrichtung kann durch ein Schaltnetzteil gebildet sein.there is expediently each electronic switch associated with a driver circuit, the contains its own galvanically isolated power supply. The Power supply device can be formed by a switching power supply be.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt:In the drawing are embodiments of the Subject of the invention shown. It shows:

1 das Prinzipschaltbild der elektrostatischen Filteranordnung. 1 the schematic diagram of the electrostatic filter assembly.

2 die Treiberschaltung für einen elektronischen Schalter in einem vereinfachten Blockschaltbild und 2 the driver circuit for an electronic switch in a simplified block diagram and

3 eine alternative Ausführungsform für die Schutzeinrichtung des jeweiligen elektronischen Schalters. 3 an alternative embodiment for the protective device of the respective electronic switch.

1 zeigt in einem stark schematisierten Blockschaltbild eine elektrostatische Filteranordnung 1. Zu der Filteranordnung 1 gehören eine Hauptspannungsquelle 2, eine Hilfsspannungsquelle 3, -ein Filter 4, das in dem Schaltbild als Kondensator wiedergegeben ist, sowie eine Steuer- und Überwachungsschaltung 5. 1 shows a highly schematic block diagram of an electrostatic filter arrangement 1 , To the filter assembly 1 belong to one main source of voltage 2 , an auxiliary power source 3 , -a filter 4 , which is reproduced in the circuit diagram as a capacitor, and a control and monitoring circuit 5 ,

In Serie mit der Hilfsspannungsquelle 3 liegt eine Drossel 6. Zu der Serienschaltung aus der Hilfsspannungsquelle 3 sowie der Drossel 6 ist eine Kette aus elektronischen Schaltern 7 in Gestalt von IGBTs parallel geschaltet. Die Anzahl der IGBTs 7 ergibt sich aus der erforderlichen Sperrspannung dividiert durch die maximal zulässige Sperrspannung für jeden einzelnen IGBT 7.In series with the auxiliary voltage source 3 is a throttle 6 , To the series connection from the auxiliary voltage source 3 as well as the throttle 6 is a chain from electronic switches 7 connected in parallel in the form of IGBTs. The number of IGBTs 7 results from the required reverse voltage divided by the maximum permissible reverse voltage for each individual IGBT 7 ,

Zu jedem IGBT 7 liegt eine Freilaufdiode 8 parallel.To every IGBT 7 is a freewheeling diode 8th parallel.

Ein Ladekondensator 9 verbindet den Kollektor des obersten IGBT 7 mit der Anode einer Ladediode 10, deren Katode mit dem positiven Anschluss der Hilfsspannungsquelle 3 verbunden ist, an dem auch der Emitter des untersten IGBT 7 aus der Kette von IGBTs angeschaltet ist. Von der Anode der Diode 10 führt eine Drossel 11 zu einem Kondensator 12, der der galvanischen Trennung zwischen der Hauptspannungsquelle 2 und der Hilfsspannungsquelle 3 dient. Das andere Ende des Trennkondensa tors 12 ist mit einem Anschluss des Filters 4 verbunden, dessen anderer Anschluss mit der Katode der Ladediode 10 verbunden ist.A charging capacitor 9 connects the collector of the top IGBT 7 with the anode of a charging diode 10 whose cathode is connected to the positive terminal of the auxiliary voltage source 3 which is also the emitter of the lowest IGBT 7 from the chain of IGBTs is turned on. From the anode of the diode 10 leads a throttle 11 to a capacitor 12 , the galvanic isolation between the main source of voltage 2 and the auxiliary power source 3 serves. The other end of Trennkondensa sector 12 is with a connection of the filter 4 whose other terminal is connected to the cathode of the charging diode 10 connected is.

Ein Widerstand 13, der zu dem Filter 4 parallel liegt, soll die Verlustströme in dem Filter 4 symbolisieren.A resistance 13 that's the filter 4 is parallel, should the leakage currents in the filter 4 symbolize.

Zu dem Filter 4 liegt schließlich die Parallelschaltung aus der Hauptspannungsquelle 2 und einer Drossel 14 parallel.To the filter 4 Finally, the parallel circuit of the main voltage source 2 and a throttle 14 parallel.

Um impulsweise eine höhere Spannung an dem Filter 4 zu erzeugen ist die zentrale Steuer- und Überwachungsschaltung 5 vorgesehen, die über Lichtwellenleiter 15 mit Treiberschaltungen 16 gekoppelt ist, die ausgangsseitig das isolierte Gate der IGBTs 7 ansteuern.To impulsively higher voltage to the filter 4 to generate is the central control and monitoring circuit 5 provided by fiber optic cable 15 with driver circuits 16 coupled on the output side, the isolated gate of the IGBTs 7 drive.

Die insoweit beschriebene Schaltung arbeitet wie folgt:
Mit Hilfe der Hauptspannungsquelle 2 wird an das Filter 4 eine Grundgleichspannung von etwa 30 kV angelegt.The circuit described so far operates as follows:
With the help of the main power source 2 gets to the filter 4 a basic DC voltage of about 30 kV applied.

Solange die IGBTs 7 im Sperrzustand bleiben, wird über die Ladediode 10 der Ladekondensator 9 auf die Spannung der Hilfsspannungsquelle 3 aufgeladen, das heißt an ihm liegt eine Spannung von ca. 30 kV an. Die beiden Spannungsquellen 2 und 3 sind, wie das Schaltbild erkennen lässt in Serie geschaltet, so dass über den Trennkondensator eine Spannung von ca. 30 kV ansteht.As long as the IGBTs 7 remain in the off state, is via the charging diode 10 the charging capacitor 9 to the voltage of the auxiliary voltage source 3 charged, that is to say a voltage of about 30 kV is applied to it. The two voltage sources 2 and 3 are connected in series, as the circuit diagram shows, so that there is a voltage of approx. 30 kV across the isolating capacitor.

Um in dem Filter 4 die erforderliche Koronaentladung zu erzeugen wird von der zentralen Steuer- und Überwachungsschaltung 5 die Kette aus IGBTs 7 kurzzeitig leitend gesteuert. Damit die IGBTs 7 möglichst gleichzeitig in den leitenden Zustand gelangen und wegen des hohen Spannungspotentials, erfolgt die Ansteuerung über die Lichtwellenleiter 15. In den Treiberschaltungen 16 wird das ankommende optische Signal in das erforderliche elektrische Signal zum Ansteuern der IGBTs 7 umgesetzt.To be in the filter 4 The required corona discharge is generated by the central control and monitoring circuit 5 the chain of IGBTs 7 briefly controlled conductive. Thus the IGBTs 7 as possible reach the conductive state simultaneously and because of the high voltage potential, the control is carried out via the optical waveguide 15 , In the driver circuits 16 the incoming optical signal becomes the required electrical signal to drive the IGBTs 7 implemented.

Um eine Spannungsüberlastung von einzelnen IGBTs 7 zu vermeiden, müssen die IGBTs 7 gleichzeitig vom Sperrzustand in den leitenden Zustand umschalten. Hierdurch wird vermieden, dass an einem langsamer umschaltenden IGBT 7 eine unzulässig große Sperrspannung ansteht, die den IGBT 7 spannungsmäßig überlasten würde. Eine Spannungsüberlastung führt unmittelbar zum durchlegieren des IGBT 7.To a voltage overload of individual IGBTs 7 The IGBTs need to be avoided 7 simultaneously switch from the blocking state to the conducting state. This avoids that at a slower switching IGBT 7 an inadmissibly large reverse voltage is present, which is the IGBT 7 would overload voltage. A voltage overload leads directly to alloying the IGBT 7 ,

Wenn sämtliche IGBTs 7 durchgeschaltet sind, wird der Ladekondensator 9 über die Speicherdrossel 11 zu dem Filter 4 parallel geschaltet. Die auf dem Kondensator 9, der eine Kapazität von ca. 1 uF aufweist, gespeicherte elektrische Energie schwingt über den nunmehr gebildeten Schwingkreis zu dem Filter 4 und lädt das Filter 4 auf eine Spannung von größer 30 KV auf. Die Ladeschlussspannung an dem Filter 4 ergibt sich aus dem Kapazitätsverhältnis des Ladekondensators 9 von 1 uF zu der Kapazität des Filters von ca 100 nF. Der Trennkondensator 12 ist so groß gewählt, dass er den Schwingvorgang nicht beinflusst.If all IGBTs 7 are turned on, the charging capacitor 9 over the storage throttle 11 to the filter 4 connected in parallel. The on the capacitor 9 , which has a capacity of about 1 uF, stored electrical energy oscillates over the resonant circuit now formed to the filter 4 and load the filter 4 to a voltage of greater than 30 KV. The charge end voltage at the filter 4 results from the capacity ratio of the charging capacitor 9 from 1 uF to the capacity of the filter of about 100 nF. The separating capacitor 12 is chosen so large that it does not affect the swinging process.

Damit bei durchgesteuerten IGBTs 7 die Hilfsspannungsquelle 3 nicht kurzgeschlossen ist, ist die Drossel 6 vorgesehen. Sie soll lediglich dafür sorgen, dass die Stromentnahme aus der Hilfsspannungsquelle 3 nahezu konstant ist. Sinngemäß das gleiche gilt für die Drossel 14, die mit der Hauptspannungsquelle 2 in Serie liegt. Auch sie hat für den Schwingvorgang zur Spannungserhöhung an dem Filter 4 keine Wirkung.Thus with durchgesteuerte IGBTs 7 the auxiliary voltage source 3 not shorted, is the throttle 6 intended. It should only ensure that the current drain from the auxiliary voltage source 3 is almost constant. Analogously, the same applies to the throttle 14 that with the main source of voltage 2 in series. Also, it has for the swinging process to increase the voltage on the filter 4 no effect.

Sobald die Ladung von dem Ladekondensator 9 vollständig auf das Filter 4 übertragen ist, beginnt ein Rückschwingvorgang. Dieser Rückschwingvorgang führt zu einem Stromfluss durch die Freilaufdioden 8 und endet, sobald der Ladekondensator 9 wieder auf den Ursprungswert zu Beginn des Durchschaltens der IGBTs 7 abzüglich dem Verlust in dem Filter 4 aufgeladen ist.Once the charge from the charging capacitor 9 completely on the filter 4 is transmitted, a Rückschwingvorgang begins. This Rückschwingvorgang leads to a current flow through the freewheeling diodes 8th and ends as soon as the charging capacitor 9 back to the original value at the beginning of switching the IGBTs 7 minus the loss in the filter 4 charged.

In der Nähe des Stromnulldurchgangs nach der Stromleitung durch die IGBTs 7 werden diese von der zentralen Steuer- und Überwachungsschaltung wieder in dem gesperrten Zustand umgeschaltet, so dass der rücklaufende Strom, der aus dem Filter 4 in den Ladekondensator 3 fliest, über die Freilaufdioden 8 fließen kann.Near the current zero crossing after the power line through the IGBTs 7 these are switched back to the locked state by the central control and monitoring circuit, so that the returning current flowing out of the filter 4 in the charging capacitor 3 fliest, over the freewheeling diodes 8th can flow.

Für die IGBTs 7 ist eine gewisse Schaltverzögerung vorgesehen, um sicher zu stellen, dass keine Schaltspitzen auftreten.For the IGBTs 7 a certain switching delay is provided to ensure that no switching spikes occur.

Obwohl die Signale, die von der zentralen Steuer- und Überwachungsschaltung 7 kommen, innerhalb sehr kleiner Toleranzen gleichzeitig sind, unterscheiden sich die IGBTs 7 in ihrem Schaltverhalten. Außerdem sind unter Umständen unterschiedliche elektrische Laufzeiten in den Treiberschaltungen 16 zu beobachten.Although the signals from the central Control and monitoring circuit 7 come within very small tolerances at the same time, the IGBTs differ 7 in their switching behavior. In addition, under certain circumstances different electrical transit times in the driver circuits 16 to observe.

Um mit Sicherheit auszuschließen, dass ein IGBT 7 spannungsmäßig überlastet wird, weil andere IGBTs bereits geschaltet haben und hinreichend in dem leitenden Zustand sind, ist für jeden IGBT 7 eine Z-Diode 17 vorgesehen, die, wie gezeigt, zwischen dem Kollektor und dem Gate des jeweiligen IGBT 7 liegt. Deren Katode ist an den Kollektor angeschlossen. Sollte die Spannung zwischen dem Kollektor und dem Gate eines betreffenden IGBT 7 die Kniespannung der Z-Diode 17 übersteigen, beginnt ein Strom in das Gate des betreffenden IGBT 7 zu fließen und lädt dort die Gatekapazität auf. Der IGBT 7 wird leitend. In dem Maße indem der Transistor leitend wird, verringert sich die Spannung zwischen Kollektor und Emitter, was einen Spannungsdurchbruch verhindert.To be sure to exclude an IGBT 7 is overloaded because other IGBTs have already switched and are sufficiently in the conducting state is for each IGBT 7 a zener diode 17 provided, as shown, between the collector and the gate of the respective IGBT 7 lies. Their cathode is connected to the collector. Should the voltage between the collector and the gate of a particular IGBT 7 the knee voltage of the Zener diode 17 exceed, a current begins in the gate of the IGBT concerned 7 to flow and charges the gate capacity there. The IGBT 7 becomes conductive. As the transistor becomes conductive, the voltage between collector and emitter decreases, preventing voltage breakdown.

Dennoch kann es geschehen, dass einzelne IGBTs 7 versagen. In dem Maße, in dem solche Transistoren durchlegieren, nehmen sie am Sperrverhalten der gesamten Kette nicht teil, während die anderen funktionsfähigen Transistoren in den Sperrzustand übergehen. Das Durchlegieren eines Transistors führt dazu, dass die übrigen ordnungsgemäß arbeitenden Transistoren eine größere Sperrspannung verkraften müssen.Still, it can happen that individual IGBTs 7 to fail. As such transistors break down, they do not participate in the blocking behavior of the entire chain, while the other operational transistors transition to the off-state. The alloying of a transistor causes the other properly operating transistors to cope with a greater blocking voltage.

Um zu erkennen, ob ein IGBT 7 durchlegiert ist oder nicht, ist eine zusätzliche Beschaltung in jeder Treiberschaltung 16 vorgesehen, wie sie aus dem Blockschaltbild nach 2 hervorgeht.To detect if an IGBT 7 is alloyed or not, is an additional wiring in each driver circuit 16 provided, as is apparent from the block diagram 2 evident.

Jede Treiberschaltung 16 enthält ihr eigenes Schaltnetzteil 18, das galvanisch getrennt die elektrische Energie aus einem durchgeschleiften Stromversorgungsleiter 19 erhält. Das Schaltnetzteil 18 mit Ausgängen 21 und 22 erzeugt daraus sekundärseitig eine Gleichspannung von ca. 10 V. Der negative Spannungsausgang 21 ist mit dem Emitter des IGBT 7 verbunden. Der positive Anschluss 22 liegt über einem Widerstand 23 an der Anode einer Diode 24, deren Katode mit dem Kollektor des IGBT 7 verbunden ist. Außerdem dient das Schaltnetzteil 18 zur Stromversorgung einer Wandlerschaltung 25, die das über den Lichtwellenleiter 15 ankommende optische Signal in ein elektrisches Signal wandelt, das an einem Ausgang 26 abgegeben wird, an den das Gate des IGBT 7 angeschlossen ist.Each driver circuit 16 contains its own switching power supply 18 , which galvanically isolates the electrical energy from a looped power supply conductor 19 receives. The switching power supply 18 with outputs 21 and 22 generates a DC voltage of approx. 10 V on the secondary side. The negative voltage output 21 is with the emitter of the IGBT 7 connected. The positive connection 22 is above a resistance 23 at the anode of a diode 24 whose cathode is connected to the collector of the IGBT 7 connected is. In addition, the switching power supply is used 18 for powering a converter circuit 25 that over the fiber optic cable 15 incoming optical signal converts into an electrical signal that is at an output 26 is delivered to the gate of the IGBT 7 connected.

Von der Stromversorgung ist lediglich eine Leitung versinnbildlicht, die die Wandlerschaltung 25 mit der Schaltungsmasse verbindet; das heiße Ende ist nicht gezeigt. Die Schaltungsmasse entspricht dem Emitter des IGBT 7 der jeweiligen Stufe.From the power supply only one line is symbolized, which is the converter circuit 25 connects to the circuit ground; the hot end is not shown. The circuit ground corresponds to the emitter of the IGBT 7 the respective level.

Ein Schmitt-Trigger 27 mit zwei Eingängen 28 und 29 ist einerseits mit der Anode der Diode 24 und andererseits mit der Schaltungsmasse verbunden. Sein Ausgang 31 liegt an einem Eingang 32 einer Wandlerschaltung 33, die das an dem Eingang 32 anstehende elektrische Signal in ein optisches Signal umsetzt, dass über einen Lichtwellenleiter 34 zu der zentralen Steuer- und Überwachungsschaltung gelangt. Die Eingänge 28 und 29 könnten auch zu dem Widerstand 23 paarallel liegen um den Spannungsabfall direkt zu messen.A Schmitt trigger 27 with two entrances 28 and 29 is on the one hand with the anode of the diode 24 and on the other hand connected to the circuit ground. His exit 31 is located at an entrance 32 a converter circuit 33 that at the entrance 32 Pending electrical signal converts into an optical signal that over an optical fiber 34 to the central control and monitoring circuit arrives. The inputs 28 and 29 could also contribute to the resistance 23 In pairs lie directly around the voltage drop to measure.

Die Stomversorgung der Wandlerschaltung 33 und des Schmitt-Triggers 27 erfolgt ebenfalls aus dem Schaltnetzteil 18 über die Ausgänge 21 und 22. Die Verbindungsleitungen hierzu sind aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.The power supply of the converter circuit 33 and the Schmitt trigger 27 also takes place from the switching power supply 18 over the exits 21 and 22 , The connecting lines for this purpose are not shown for clarity.

Die Schaltungsanordnung nach 2 arbeitet wie folgt:
Wenn sich der IGBT 7 im Sperrzustand befindet, liegt an ihm eine hohe Spannung an, die die Diode 24 in Sperrrichtung vorspannt. Es kann über die Diode 24 kein Strom fließen. Die Spannung zwischen der Schaltungsmasse und der Anode der Diode 24 entspricht in diesem Schaltzustand im Wesentlichen der Ausgangsspannung des Schaltnetzteils 18. Der Schmitt-Trigger 27 ist mit der Schaltschwelle entsprechend gewählt, beispielsweise liegt die Schaltschwelle um die 7 V, so dass der Schmitt-Trigger 27 ein binäres Signal an seinem Ausgang erzeugt, das dem Überschreiten der Schaltschwelle von 7 V entspricht. Dieses binäre Signal wird durch den Wandler 33 in ein optisches Signal umgewandelt und an die zentrale Steuer- und Überwachungsschaltung 5 übermittelt. Diese kann überprüfen, ob der Sperrzustand an der zeitlich richtigen Stelle auftritt.The circuit arrangement 2 works as follows:
If the IGBT 7 is in the off state, is due to a high voltage, which is the diode 24 biased in the reverse direction. It can be over the diode 24 no electricity flowing. The voltage between the circuit ground and the anode of the diode 24 corresponds in this switching state substantially the output voltage of the switching power supply 18 , The Schmitt trigger 27 is selected according to the switching threshold, for example, the switching threshold is around 7 V, so that the Schmitt trigger 27 generates a binary signal at its output, which corresponds to the exceeding of the switching threshold of 7 V. This binary signal is passed through the converter 33 converted into an optical signal and to the central control and monitoring circuit 5 transmitted. This can check whether the blocking state occurs at the correct time.

Wenn der IGBT 7 durchgesteuert ist, verschwindet die negative Vorspannung für die Diode 24. Das kalte Ende des Widerstands 23 liegt über die Diode 24 und den durchgeschalteten IGBT 7 auf der Schaltungsmasse. Die Spannung an der Diode 24 ist entsprechend klein und liegt beispielsweise unter den zuvor erwähnten 7 V der Schaltschwelle des Schmitt-Triggers 27, der daraufhin in den anderen binären Zustand wechselt. Er liefert an seinem Ausgang 31 ein elektrisches Signal entsprechend dem Unterschreiten der Schaltschwelle an den beiden Eingängen 28 und 29. Dieses Signal wird über den Wandler 33 wiederum in das optische Signal für den Lichtwellenleiter 34 konvertiert.If the IGBT 7 is turned off, the negative bias for the diode disappears 24 , The cold end of the resistance 23 lies over the diode 24 and the through-connected IGBT 7 on the circuit ground. The voltage at the diode 24 is correspondingly small and is, for example, below the aforementioned 7 V switching threshold of the Schmitt trigger 27 which then changes to the other binary state. He delivers at his exit 31 an electrical signal corresponding to falling below the switching threshold at the two inputs 28 and 29 , This signal is via the converter 33 turn into the optical signal for the optical fiber 34 converted.

Somit erhält die zentrale Steuer- und Überwachungsschaltung 5 eine Information darüber, ob sich der IGBT 7 in gesperrten oder im leitenden Zustand befindet. Wenn der IGBT 7 im leitenden Zustand bleibt, obwohl das Signal auf dem Lichtwellenleiter 15 verschwindet, das den IGBT 7 in den leitenden Zustand schalten soll, ist das Signal auf dem Lichtwellenleiter 34 ein Anzeichen dafür, dass der betreffende IGBT 7 der kette von IGBTs durchlegiert ist.Thus, the central control and monitoring circuit receives 5 information about whether the IGBT 7 in locked or in conductive state. If the IGBT 7 remains in the conductive state, although the signal on the light waves ladder 15 disappears, that the IGBT 7 to switch to the conductive state, the signal is on the optical fiber 34 an indication that the IGBT concerned 7 the chain of IGBTs is permeated.

Über die zentrale Steuer- und Überwachungsschaltung 5 kann entweder das Filter vollständig abgeschaltet werden, oder eine Wartungsdienst alamiert werden, um den fehlerhaften IGBT 7 oder die Gruppe von IGBTs 7 auszuwechseln, zu denen der fehlerhafte IGBT 7 gehört.Via the central control and monitoring circuit 5 either the filter can be completely shut down, or a maintenance service can be alerted to the faulty IGBT 7 or the group of IGBTs 7 replace, to which the faulty IGBT 7 belongs.

Wenn eine ausreichende Anzahl von IGBT 7 vorhanden ist, kann mit dem restlichen Transistoren der Betrieb der Filteranordnung aufrecht erhalten werden, bis der nächste Zustand auftritt, an dem ohne Beeinträchtigung des Betriebs eine Wartung möglich ist. 3 zeigt schließlich noch eine Alternative, falls die Z-Diode 17 schwächer dimensioniert ist und möglicherweise durch den Ladestrom für das Gate des IGBT 7 überlastet wird. In diesem Falle liegt zwischen dem Kollektor und dem Gate des IGBT 7 eine weiterer IGBT 35 mit seiner Kollektor-Emitterstrecke.If a sufficient number of IGBT 7 is present, with the remaining transistors, the operation of the filter assembly can be maintained until the next state occurs, at which maintenance is possible without affecting the operation. 3 Finally shows an alternative, if the Zener diode 17 is dimensioned smaller and possibly by the charging current for the gate of the IGBT 7 overloaded. In this case lies between the collector and the gate of the IGBT 7 another IGBT 35 with its collector-emitter line.

Das Gate liegt über die bereits zuvor erwähnte ZDiode 17 an dem Kollektor sowohl des IGBT 7 als auch des IGBT 35. Ein Entladewiderstand 36 ist zwischen dem Gate und dem Emitter des IGBT 35 geschaltet.The gate is above the previously mentioned Z diode 17 at the collector of both the IGBT 7 as well as the IGBT 35 , A discharge resistor 36 is between the gate and the emitter of the IGBT 35 connected.

Die Zusammenschaltung aus der Z-Diode 17 und dem IGBT 35 wirkt wie eine Z-Diode mit größerer Verlustleistung.The interconnection of the Zener diode 17 and the IGBT 35 acts like a Z-diode with greater power dissipation.

Die Erfindung ist vorstehend in Verbindung mit IGBTs erläutert worden. Es ist für den Fachmann auch ohne weiteres er kennbar, dass sowohl die Überwachung als auch die zwangsweise Triggerung des elektronischen Schalters nicht auf diese Form von elektronische Bauelemente beschränkt ist. Vielmehr sind die IGBTs 7 nur exemplarisch gezeigt. An ihrer Stelle können auch GTOs oder andere geeignete elektronische Bauelemente eingesetzt werden.The invention has been explained above in connection with IGBTs. It is also readily apparent to the person skilled in the art that both the monitoring and the forced triggering of the electronic switch are not limited to this form of electronic components. Rather, the IGBTs 7 shown only as an example. In their place, GTOs or other suitable electronic components can be used.

Eine elektrostatische Filteranordnung weist eine Art Schaltnetzteil auf, um die zur Koronaentladung führende Hochspannung zu erzeugen. In diesem Schaltnetzteil wird eine Kaskade von elektronischen Schaltern verwendet. Zu jedem elektronischen Schalter gehört eine Schaltungsanordnung, die dafür sorgt, dass der Schalter in den leitenden Zustand gelangt, wenn die an seiner Hauptstrecke anstehende Spannung einen vorgegebenen Wert überschreitet.A electrostatic filter arrangement has a kind of switching power supply, to the leading to the corona discharge To generate high voltage. In this switching power supply is a cascade used by electronic switches. To every electronic switch belongs a circuit arrangement that ensures that the switch gets into the conductive state when at its mainline Pending voltage exceeds a predetermined value.

Ferner ist eine Schaltungsanordnung vorgesehen, die dazu dient einer zentralen Steuer- und Überwachungsschaltung zu melden, ob sich das überwachte Schaltelement im gesperrten oder leitenden Zustand befindet.Further a circuit arrangement is provided which serves a central Control and monitoring circuit to report if the supervised Switching element is in the locked or conductive state.

Claims

Electrostatic filter arrangement ( 1 ), with a capacitor forming an electrostatic filter ( 4 ), with a first voltage source ( 2 ) leading to the electrostatic filter ( 4 ) is connected in parallel, with a series resonant circuit of at least one charging capacity ( 9 ) and at least one inductance ( 11 ), with a chain of controllable electronic switches ( 7 ) connected to the series resonant circuit ( 9 . 11 ) forms a series connection leading to the electrostatic filter ( 4 ) is connected in parallel, with a second voltage source ( 3 ) leading to the chain of electronic switches ( 7 ) is in parallel, with a control circuit ( 5 ), which is periodically set up the electronic switches ( 7 ) in the conductive and the locked state, and with means ( 17 . 35 ), which are adapted to a respective electronic switch ( 7 ) independently of a signal of the control circuit ( 5 ) in the conductive state, when the voltage drop across the respective electronic switch ( 7 ) exceeds a predetermined value.

Electrostatic filter arrangement ( 1 ), with a capacitor forming an electrostatic filter ( 4 ), with a first voltage source ( 2 ) leading to the electrostatic filter ( 4 ) is connected in parallel, with a series resonant circuit of at least one charging capacity ( 9 ) and at least one inductance ( 11 ), with a chain of controllable electronic switches ( 7 ) connected to the series resonant circuit ( 9 . 11 ) forms a series connection leading to the electrostatic filter ( 4 ) is connected in parallel, with a second voltage source ( 3 ) leading to the chain of electronic switches ( 7 ) is in parallel, with a control circuit ( 5 ), which is periodically set up the electronic switches ( 7 ) in the conductive and the locked state, and with means ( 23 . 24 . 27 . 33 ), which are adapted to the switching state of a respective electronic switch ( 7 ) and to the control circuit ( 5 ) Report to.

Filter arrangement according to claim 1, characterized in that the electronic switch ( 7 ) is such a device that is controlled to the on-state by applying to the control path a voltage having a polarity having the same sign as the polarity in the forward direction.

Filter arrangement according to claim 1, characterized in that the means ( 17 ) to the independent transferring the electronic switch ( 7 ) are formed in the conductive state of an electronic component having Z-diode characteristic.

Filter arrangement according to claim 1, characterized in that the means ( 17 . 35 ) for transferring the electronic switch ( 7 ) in the conducting state a transistor ( 35 ), to which an electronic component ( 17 ) associated with Z-diode characteristic, which lies between the control terminal and the collector.

Filter arrangement according to claims 4 or 5, characterized in that the component ( 17 ) is formed with Z-diode characteristic of a Zener diode or an avalanche diode.

Filter arrangement according to claim 2, characterized in that the tel ( 23 . 24 . 27 . 33 ) for monitoring the switching state of the electronic switch ( 7 ) the series connection of an electrical energy source ( 18 . 23 ) and a diode ( 24 ) connected to the electronic switch ( 7 ) is parallel so that through the diode ( 24 ) a current flows when the electronic switch ( 7 ) is in the conductive state.

Filter arrangement according to claim 7, characterized in that sensor means ( 27 ) are provided to detect the diode current.

Filter arrangement according to claim 8, characterized in that the sensor means ( 27 ) the terminal voltage of the electrical energy source ( 18 . 23 ) monitor.

Filter arrangement according to claim 8, characterized in that the sensor means ( 27 ) the voltage drop across a sensor resistor ( 23 ), which is connected in series with the diode.

Filter arrangement according to claim 8, characterized in that the sensor means ( 27 ) comprise a Schmitt trigger.

Filter arrangement according to claim 8, characterized in that the sensor means ( 27 ) depending on the current through the diode ( 24 ) generate a binary signal that via an optical waveguide ( 33 ) of the control circuit ( 5 ) is transmitted.

Filter arrangement according to claims 1 or 2, characterized in that to the series circuit of the charging capacity ( 9 ) and the chain of controllable electronic switches ( 7 ) at least one charging diode ( 10 ) is connected in parallel.

Filter arrangement according to claims 1 or 2, characterized in that each electronic switch ( 7 ) by a freewheeling diode ( 8th ) is bridged.

Filter arrangement according to claims 1 or 2, characterized in that the electronic switch ( 7 ) is formed by an IGBT or a GTO.

Filter arrangement according to claims 1 or 2, characterized in that the control of the electronic switch ( 7 ) via optical fibers ( 15 ) he follows.

Filter arrangement according to claims 1 or 2, characterized in that each electronic switch ( 7 ) a driver circuit ( 16 ), which has its own galvanically isolated power supply device ( 18 ) contains.

Electrostatic filter arrangement according to claim 17, characterized in that the power supply device ( 18 ) contains a switching power supply.