DE19736903A1 - Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis sowie Verfahren zum Betrieb eines solchen Umrichters - Google Patents

Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis sowie Verfahren zum Betrieb eines solchen Umrichters

Info

Publication number
DE19736903A1
DE19736903A1 DE19736903A DE19736903A DE19736903A1 DE 19736903 A1 DE19736903 A1 DE 19736903A1 DE 19736903 A DE19736903 A DE 19736903A DE 19736903 A DE19736903 A DE 19736903A DE 19736903 A1 DE19736903 A1 DE 19736903A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
circuit
semiconductor switch
inverter
controllable semiconductor
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE19736903A
Other languages
English (en)
Inventor
Jochen Rees
Juergen Dr Steinke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Schweiz AG
Original Assignee
Asea Brown Boveri AG Switzerland
Asea Brown Boveri AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asea Brown Boveri AG Switzerland, Asea Brown Boveri AB filed Critical Asea Brown Boveri AG Switzerland
Priority to DE19736903A priority Critical patent/DE19736903A1/de
Priority to US09/139,125 priority patent/US6040988A/en
Publication of DE19736903A1 publication Critical patent/DE19736903A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • 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
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • H02M7/062Avoiding or suppressing excessive transient voltages or currents
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1216Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for AC-AC converters
    • HELECTRICITY
    • 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
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/443Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M5/45Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Leistungselektronik. Sie betrifft einen Umrichter mit Gleich­ spannungszwischenkreis, umfaßend eine an ein Speisenetz anschließbare Gleichrichterschaltung mit einem Wechselspan­ nungseingang und einem Gleichspannungsausgang, eine Wechsel­ richterschaltung mit einem Gleichspannungseingang und einem Wechselspannungsausgang, und einen zwischen dem Gleichspan­ nungsausgang der Gleichrichterschaltung und dem Gleichspan­ nungseingang der Wechselrichterschaltung angeordneten Gleich­ spannungszwischenkreis, welcher zwei vom Gleichspannungsaus­ gang der Gleichrichterschaltung zum Gleichspannungseingang der Wechselrichterschaltung führende Verbindungsleitungen und wenigstens einen zwischen den Verbindungsleitungen angeordne­ ten Zwischenkreiskondensator umfaßt.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Umrichters.
STAND DER TECHNIK
Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis sind in der Lei­ stungselektronik seit langem bekannt und im Einsatz. In ihnen wird die Wechselspannung aus einem Speisenetz in einer ein­ gangsseitigen Gleichrichterschaltung in eine Gleichspannung umgewandelt und im nachfolgenden Gleichspannungszwischenkreis mittels eines Zwischenkreiskondensators geglättet. Die am Zwischenkreiskondensator anstehenden Gleichspannung wird dann in einer nachfolgenden Wechselrichterschaltung in eine andere Wechselspannung umgewandelt.
Im Falle eines Kurzschlusses im Wechselrichter werden heute beispielsweise Sicherungen auf der Gleichspannungsseite der Gleichrichterschaltung eingesetzt. Eine andere Möglichkeit sind Sicherungen in den Wechselstromzuleitungen vom Speise­ netz zur Gleichrichterschaltung. Auch ein sog. sicherungslose Schaltung ist möglich. Dabei muß der Kurzschluß speisenetz­ seitig durch einen Leistungsschalter abgeschaltet werden, wo­ bei jedoch die Reaktanz der Speisung groß genug sein muß, um einen unzulässig hohen Kurzschlußstrom zu verhindern.
Vor dem Schließen des Leistungsschalters auf der Speisenetz­ seite wird der Zwischenkreiskondensator durch ein Hilfsspei­ segerät auf eine Spannung aufgeladen, die groß genug ist, um eine unzulässige Überladung nach dem Zuschalten des Lei­ stungsschalters zu verhindern. Von den Niederspannungsumrich­ tern her ist es auch bekannt, wenigstens 3 Dioden der Gleich­ richterschaltung durch Thyristoren zu ersetzen, von denen we­ nigsten einer durch einen hochohmigen Widerstand überbrückt ist. Nach dem Zuschalten des Leistungsschalters wird der Zwi­ schenkreiskondensator über diesen Widerstand geladen. Danach erhalten die Thyristoren einen Dauerzündimpuls und werden als Dioden betrieben.
Bei den bekannten Lösungen ergeben sich jedoch verschiedene Probleme hinsichtlich der Schutzfunktion und der Ladefunk­ tion:
  • - Sicherungen zum Auftrennen von Mittelspannungsstromkreisen sind teuer. Außerdem müssen sie im Fehler- bzw. Kurzschlußfall ersetzt werden, was die Kosten für die Ersatz­ teilhaltung und Reparatur erhöht.
  • - Sicherungen auf der Wechselstromseite trennen nur den Um­ richter vom speisenden Netz. Bei einem Kurzschluß im Wechselrichter wird der größte Teil der Energie des Zwi­ schenkreiskondensators in die im Kurzschlußkreis enthal­ tenen Induktivitäten übertragen. Nach dem Spannungsnull­ durchgang der Kondensatorspannung kommutiert der Strom in die Dioden der Gleichrichterschaltung. Dort bleibt er, bis alle Energie in Warme umgesetzt ist. Sind die Dioden der Gleichrichterschaltung nur für den Normalbetrieb ausge­ legt, können sie in diesem Fehlerfall zerstört werden. Das gleich Phänomen tritt auch bei der sicherungslosen Schal­ tung auf. In beiden Fällen kann dieses Problem durch eine Drossel zwischen der Gleichrichterschaltung und dem Zwi­ schenkreiskondensator vermieden werden. Jedoch erhöht eine zusätzliche Drossel die Kosten des Umrichters erheblich.
  • - Die zusätzlich erforderliche Hilfsladevorrichtung erhöht die Kosten des Umrichters.
  • - Thyristoren in der Gleichrichterschaltung erhöhen eben­ falls die Gerätekosten.
  • - Sowohl die Hilfsladevorrichtung als auch die Thyristoren in der Gleichrichterschaltung haben für alle anderen (normalen) Betriebszustände keine Bedeutung.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Umrichter mit Gleichspan­ nungszwischenkreis zu schaffen, welcher auf einfache Weise und mit geringen Zusatzkosten einen sicheren Schutz im Kurzschlußfall aufweist und mit einfachsten Mitteln eine Ladung des Zwischenkreiskondensators ermöglicht, sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben.
Die Aufgabe wird bei einem Umrichter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zum Schutz des Umrichters im Kurzschlußfall in wenigstens einer der Verbindungsleitungen zwi­ schen dem Gleichspannungsausgang der Gleichrichterschaltung und dem wenigstens einen Zwischenkreiskondensator ein erster steuerbarer Halbleiterschalter angeordnet ist. Im Falle eines Kurzschlusses in der Wechselrichterschaltung wird im Augen­ blick der Erfassung des Kurzschlusses der erste steuerbare Halbleiterschalter abgeschaltet. Durch das Abschalten des er­ sten steuerbaren Halbleiterschalters sind Gleichrichterschal­ tung und Zwischenkreiskondensator voneinander getrennt. Da­ durch kann ein Kurzschlußstrom im Wechselrichter nicht mehr in die Gleichrichterschaltung kommutieren. Das Abschalten er­ folgt zerstörungsfrei und stellt keine speziellen Anforderun­ gen an die Netzreaktanz.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform des Umrichters nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter entweder als 2-Punkt-Wechselrichter ausgebildet ist, und daß nur in einer der Verbindungsleitungen zwischen dem Gleich­ spannungsausgang der Gleichrichterschaltung und dem Zwischen­ kreiskondensator ein erster steuerbarer Halbleiterschalter angeordnet ist, oder daß der Wechselrichter als 3-Punkt- Wechselrichter mit einem Mittelabgriff ausgebildet ist, daß zwischen dem Mittelabgriff und jeder der Verbindungsleitungen jeweils ein Zwischenkreiskondensator angeordnet ist, und daß in jeder der Verbindungsleitungen zwischen dem Gleichspan­ nungsausgang der Gleichrichterschaltung und dem Zwischen­ kreiskondensator ein erster steuerbarer Halbleiterschalter angeordnet ist, und daß in beiden Fällen der Wechselrichter zweite steuerbare Halbleiterschalter enthält, und daß der bzw. die ersten steuerbaren Halbleiterschalter in den Verbin­ dungsleitungen von derselben Ausführung sind, wie die zweiten steuerbaren Halbleiterschalter des Wechselrichters. Hierdurch läßt sich der Umrichter besonders einfach und kostengünstig aufbauen und warten, weil dieselben Leistungshalbleitermodule mit ihren Zusatzbeschaltungen sowohl für den Wechselrichter selbst als auch als Schutzschalter im Gleichspannungszwi­ schenkreis verwendet werden können.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umrichters zeichnet sich dadurch aus, daß dem ersten steuer­ baren Halbleiterschalter bzw. den ersten steuerbaren Halblei­ terschaltern zum Laden des Zwischenkreiskondensators bzw. der Zwischenkreiskondensatoren jeweils ein Widerstand parallel geschaltet ist. Der Widerstand kann so hochohmig ausgeführt werden, daß er die Schutzfunktion nicht beeinträchtigt. Zum Laden des Zwischenkreiskondensators wird bei abgeschaltetem (geöffnetem) ersten steuerbaren Halbleiterschalter der Lei­ stungsschalter des Speisenetzes geschlossen. Über den paral­ lelen Widerstand wird dann der Zwischenkreiskondensator gela­ den. Sobald die Spannung am Kondensator einen Wert erreicht hat, der groß genug ist, um eine spätere Überladung zu ver­ hindern, wird der erste steuerbare Halbleiterschalter durch­ geschaltet (geschlossen).
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb des Umrichters ist dadurch gekennzeichnet, daß der erste steuerbare Halb­ leiterschalter im Normalbetrieb des Umrichters geschlossen gehalten wird, und daß im Falle eines Kurzschlusses in der Wechselrichterschaltung der erste steuerbare Halbleiterschal­ ter geöffnet wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach der Er­ findung zeichnet sich dadurch aus, daß bei Inbetriebnahme des Umrichters vor dem Schließen des ersten steuerbaren Halbleiterschalters zunächst der wenigstens eine Zwischen­ kreiskondensator an dem offenen ersten steuerbaren Halblei­ terschalter vorbei aufgeladen wird, und daß der erste steu­ erbare Halbleiterschalter erst geschlossen wird, wenn der we­ nigstens eine Zwischenkreiskondensator eine vorbestimmte La­ despannung erreicht hat.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen An­ sprüchen.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie­ len im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 in einem vereinfachten Schaltbild ein erstes be­ vorzugtes Ausführungsbeispiel für einen Umrichter nach der Erfindung mit 2-Punkt-Wechselrichter am Ausgang und einem Halbleiterschalter für den Kurzschlußschutz; und
Fig. 2 in einem vereinfachten Schaltbild ein zweites be­ vorzugtes Ausführungsbeispiel für einen Umrichter nach der Erfindung mit 3-Punkt-Wechselrichter am Ausgang und zwei Halbleiterschaltern für den Kurzschlußschutz.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In Fig. 1 ist in einem vereinfachten Schaltbild ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen Umrichter nach der Erfindung dargestellt. Der Umrichter 10 umfaßt eingangssei­ tig eine Gleichrichterschaltung (z. B. eine Diodenbrücke) 12, ausgangsseitig eine Wechselrichterschaltung 15, sowie einen Gleichspannungszwischenkreis 13, welcher zwischen der Gleich­ richterschaltung 12 und der Wechselrichterschaltung 15 ange­ ordnet ist. Die Gleichrichterschaltung 12 ist mit einem Wech­ selspannungseingang an ein (üblicherweise 2-, 3-, 6- oder mehrphasiges) Speisenetz 11 angeschlossen. Sie hat einen Gleichspannungsausgang, der über zwei Verbindungsleitungen 17, 18 mit einem Gleichspannungseingang der Wechselrichterschaltung 15 verbunden ist. Zwischen den Verbindungsleitungen 17 und 18 ist ein Zwischenkreiskondensator 14 angeordnet, der zusammen mit den Verbindungsleitungen 17, 18 den Gleichspannungszwischenkreis 13 bildet. Die Wechselrichterschaltung 15 hat einen (mehrphasigen) Wechselspannungsausgang 16, an welchen beispielsweise eine (nicht dargestellte) Last angeschlossen ist. Funktion und Arbeitsweise eines derartigen Umrichters sind allgemein bekannt und sollen daher hier nicht näher er­ läutert werden.
Neuartig an der in Fig. 1 wiedergegebenen Schaltung ist ein steuerbarer Halbleiterschalter 19, welcher in die Verbin­ dungsleitung 17 zwischen der Gleichrichterschaltung 12 und dem Zwischenkreiskondensator 14 eingefügt ist. Der steuerbare Halbleiterschalter 19 ist vorzugsweise von der gleichen Aus­ führung (hat die gleichen elektrischen und Leistungsdaten), wie diejenigen steuerbaren Halbleiterschalter, die in der Wechselrichterschaltung 15 zur Umwandlung der Gleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises in die Ausgangswechsel­ spannung eingesetzt sind. Er ist beispielsweise als Rück­ wärtsleitender GTO ausgebildet. Der steuerbare Halbleiter­ schalter 19 ist (mit seinem Steuereingang) an eine Ansteuer­ schaltung 45 angeschlossen, die ihrerseits über Steuerleitun­ gen 46 und 47 Steuerinformationen aus der Gleichrichterschal­ tung 12 (vom Speisenetz) bzw. aus der Wechselrichterschaltung 15 erhält.
Im Falle eines Kurzschlusses in der Wechselrichterschaltung 15 (im Wechselrichter) wird im Augenblick des Erfassens des Kurzschlusses ein Steuersignal über die Steuerleitung 47 an die Ansteuerschaltung 45 abgegeben, die ihrerseits den steu­ erbaren Halbleiterschalter 19 sofort abschaltet. Gegenüber dem betrieblichen Strom steigt der Strom durch den Halblei­ terschalter 19 beim Kurzschluß nur langsam, da im Speisenetz 11 ein gemessen an den Zeitmaßstäben des Kurzschlußvorganges hohe Reaktanz vorhanden ist. Damit ist der abzuschaltende Strom gegenüber dem betrieblichen Strom nur geringfügig er­ höht. Zur Vermeidung von Überspannungen nach dem Abschalten kann der steuerbare Halbleiterschalter 19 mit einer Schalt­ entlastung beschaltet sein, die sich gemäß Fig. 1 aus einer parallel liegenden Serienschaltung eines ersten Widerstandes 20 und eines Kondensators 21 zusammensetzt, zusätzlich aber auch noch eine zum ersten Widerstand parallele Diode 23 (gestrichelt eingezeichnet) aufweisen kann.
Durch das Abschalten des Halbleiterschalters 19 im Kurzschlußfall sind die Gleichrichterschaltung 12 und der Zwi­ schenkreiskondensator 14 voneinander getrennt. Dadurch kann ein Kurzschlußstrom in der Wechselrichterschaltung 15 nicht mehr in die Gleichrichterschaltung 12 kommutieren. Das Ab­ schalten erfolgt zerstörungsfrei und stellt keine speziellen Anforderungen an die Netzreaktanz. Zum Zwecke der Ladung des Zwischenkreiskondensators 14, die im Zuge der Vorbereitung des Umrichters 10 für den Betrieb vorgenommen wird, ist in der Beschaltung des steuerbaren Halbleiterschalters 19 ein zweiter Widerstand 22 vorgesehen, der zum Halbleiterschalter 19 parallel geschaltet ist und den Kondensator 21 überbrückt. Der Widerstand 22 kann so hochohmig ausgeführt werden, daß er die Schutzfunktion des geöffneten Halbleiterschalters 19 nicht beeinträchtigt.
Zwecks Ladung des Zwischenkreiskondensators 14 wird bei abge­ schaltetem Halbleiterschalter 19 der (in Fig. 1 nicht ge­ zeigte) Leistungsschalter des Speisenetzes 11 geschlossen. Der Zwischenkreiskondensator wird dann über den Widerstand 22 (und den Widerstand 21 oder die Diode 23) geladen. Sobald die Spannung am Zwischenkreiskondensator einen vorbestimmten Wert erreicht hat, der groß genug ist, um eine spätere Überladung zu verhindern, gelangt ein den Ladezustand signalisie­ rende Signal über die Steuerleitung 47 zur Ansteuerschaltung 45 und der Halbleiterschalter 19 wird durchgeschaltet. Nach dem Abklingen eines durch das Durchschalten möglicherweise ausgelösten kurzen Ausgleichsvorgangs ist damit der Umrichter betriebsbereit.
Die erfindungsgemäße Schaltung, wie sie am Beispiel der Fig. 1 deutlich wird, hat noch einen weiteren Vorteil: Bei einem ungewollten Unterbruch des Speisenetzes 11 braucht der Lei­ stungsschalter des Speisenetzes nicht betätigt zu werden. Bisher konnte nur durch Betätigung dieses Leistungsschalters eine unkontrollierte Ladung des Zwischenkreiskondensators bei Wiederkehr der Spannung im Netz verhindert werden. Mit dem erfindungsgemäßen Umrichter läßt sich dieses Problem anders lösen. Beim Erkennen des Netzunterbruches wird über die Si­ gnalleitung 46 ein Unterbruchsignal an die Ansteuerschaltung 45 weitergeleitet, die den Halbleiterschalter 19 sofort ab­ schaltet. Bei Wiederkehr der Netzspannung wird über den Wi­ derstand 22 automatisch die bereits weiter oben beschriebene kontrollierte Ladung des Zwischenkreiskondensators 14 einge­ leitet, die bei Erreichen der vorgegebenen Ladespannung (Signal über Signalleitung 47) zum Einschalten des Halblei­ terschalters 19 führt. Auf diese Weise braucht der Leistungs­ schalter nicht geschaltet werden und kann daher geschont wer­ den
In der Schaltung nach Fig. 1 ist die Wechselrichterschaltung 15 ein 2-Punkt-Wechselrichter. Der in Fig. 1 dargestellte Aufbau des Umrichters kann grundsätzlich übernommen werden, wenn als Wechselrichterschaltung ein 3-Punkt-Wechselrichter eingesetzt wird. Es geht dann jedoch der Vorteil verloren, daß der steuerbaren Halbleiterschalter im Zwischenkreis (19 in Fig. 1) identisch mit den im Wechselrichter eingesetzten Halbleiterschaltern ausgeführt werden kann, da der Halblei­ terschalter im Zwischenkreis für die doppelte Spannung ausge­ legt sein muß. Es wird daher im Falle eines 3-Punkt-Wechsel­ richters vorzugsweise die im Beispiel der Fig. 2 wiedergege­ bene Schaltungsvariante eingesetzt, die zwei Halbleiterschal­ ter im Zwischenkreis aufweist: Auch im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 umfaßt der Umrichter 24 eine mit einem Speisenetz 25 verbundene Gleichrichterschaltung 26, eine mit einem Wech­ selspannungsausgang 31 ausgestattete Wechselrichterschaltung 30, und einen dazwischen angeordneten Gleichspannungszwi­ schenkreis 27 mit zwei Verbindungsleitungen 32 und 33 und zwei Zwischenkreiskondensatoren 28 und 29, die jeweils zwi­ schen einen Mittelabgriff an der Wechselrichterschaltung 30 und eine der Verbindungsleitungen 32, 33 geschaltet sind.
Anders als beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist hier nun in jeder Verbindungsleitung 32, 33 ein steuerbarer Halblei­ terschalter 35, 40 angeordnet. Jeder der steuerbaren Halblei­ terschalter 35, 40 ist mit einer Beschaltung aus zwei Wider­ ständen 36, 38 bzw. 41, 43, einem Kondensator 37 bzw. 42 und ggf. einer Diode 39 bzw. 44 versehen, deren Funktion dieselbe ist wie beim Halbleiterschalter 19 in Fig. 1 und weiter oben bereits beschrieben worden ist. Auch hier werden die Halblei­ terschalter 35, 40 von einer Ansteuerschaltung 48 gesteuert, die ihre Steuersignale in bereits erläuterter Weise über Steuerleitungen 49 und 50 aus der Gleichrichterschaltung 26 bzw. der Wechselrichterschaltung 30 erhält. Durch die Verdop­ pelung der kompletten Schaltung wird die statisch und dyna­ misch gleichmäßige Spannungsaufteilung zwischen den beiden Halbleiterschaltern 35 und 40 gewährleistet, so daß diese identisch zu den Halbleiterschaltern im Wechselrichter 30 ausgelegt werden können.
Insgesamt ergibt sich mit der Erfindung ein Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis, der mit geringem zusätzlichen Aufwand einen sicheren Schutz im Kurzschlußfall gewährlei­ stet, geringen Wartungsaufwand verursacht, eine einfache La­ dung des Zwischenkreiskondensators vor Betriebsbeginn ermög­ licht, und im Falle von Netzunterbrüchen den Leistungsschal­ ter schont.
Bezugszeichenliste
10
,
24
Umrichter
11
,
25
Speisenetz
12
,
26
Gleichrichterschaltung
13
,
27
Gleichspannungszwischenkreis
14
,
28
,
29
Zwischenkreiskondensator
15
,
30
Wechselrichterschaltung
16
,
31
Ausgang (Umrichter)
17
,
18
Verbindungsleitung (Zwischenkreis)
19
,
35
,
40
Halbleiterschalter
20
,
22
Widerstand
21
Kondensator
23
Diode
32
,
33
Verbindungsleitung (Zwischenkreis)
34
Mittelabgriff
36
,
38
Widerstand
37
,
42
Kondensator
39
,
44
Diode
41
,
43
Widerstand
45
,
48
Ansteuerschaltung
46
,
47
,
49
,
50
Steuerleitung

Claims (10)

1. Umrichter (10, 24) mit Gleichspannungszwischenkreis (13, 27), umfaßend eine an ein Speisenetz (11, 25) anschließbare Gleichrichterschaltung (12, 26) mit einem Wech­ selspannungseingang und einem Gleichspannungsausgang, eine Wechselrichterschaltung (15, 30) mit einem Gleichspannungs­ eingang und einem Wechselspannungsausgang, und einen zwischen dem Gleichspannungsausgang der Gleichrichterschaltung (12, 26) und dem Gleichspannungseingang der Wechselrichterschal­ tung (15, 30) angeordneten Gleichspannungszwischenkreis (13, 27), welcher zwei vom Gleichspannungsausgang der Gleich­ richterschaltung (12, 26) zum Gleichspannungseingang der Wechselrichterschaltung (15, 30) führende Verbindungsleitun­ gen (17, 18 bzw. 32, 33) und wenigstens einen zwischen den Verbindungsleitungen (17, 18 bzw. 32, 33) angeordneten Zwi­ schenkreiskondensator (14 bzw. 28, 29) umfaßt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zum Schutz des Umrichters (10, 24) im Kurzschlußfall in wenigstens einer der Verbindungsleitungen (17, 18 bzw. 32, 33) zwischen dem Gleichspannungsausgang der Gleichrichterschaltung (12, 26) und dem wenigstens einen Zwi­ schenkreiskondensator (14 bzw. 28, 29) ein erster steuerbarer Halbleiterschalter (19 bzw. 35, 40) angeordnet ist.
2. Umrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (15) als 2-Punkt-Wechselrichter aus­ gebildet ist, und daß nur in einer der Verbindungsleitungen (17) zwischen dem Gleichspannungsausgang der Gleichrichterschaltung (12) und dem Zwischenkreiskondensator (14) ein er­ ster steuerbarer Halbleiterschalter (9) angeordnet ist.
3. Umrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (30) als 3-Punkt-Wechselrichter mit einem Mittelabgriff (34) ausgebildet ist, daß zwischen dem Mittelabgriff (34) und jeder der Verbindungsleitungen (32, 33) jeweils ein Zwischenkreiskondensator (28 bzw. 29) ange­ ordnet ist, und daß in jeder der Verbindungsleitungen (32, 33) zwischen dem Gleichspannungsausgang der Gleichrichter­ schaltung (26) und dem Zwischenkreiskondensator (28 bzw. 29) ein erster steuerbarer Halbleiterschalter (35 bzw. 40) ange­ ordnet ist.
4. Umrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (15, 30) zweite steu­ erbare Halbleiterschalter enthält, und daß der bzw. die er­ sten steuerbaren Halbleiterschalter (19 bzw. 35, 40) in den Verbindungsleitungen (17 bzw. 32, 33) von derselben Ausfüh­ rung sind, wie die zweiten steuerbaren Halbleiterschalter des Wechselrichters (15 bzw. 30).
5. Umrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten steuerbaren Halbleiterschal­ ter (19) bzw. den ersten steuerbaren Halbleiterschaltern (35, 40) zum Laden des Zwischenkreiskondensators (14) bzw. der Zwischenkreiskondensatoren (28, 29) jeweils ein Widerstand (22 bzw. 38, 43) parallel geschaltet ist.
6. Umrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die erste(n) steuerbare(n) Halbleiterschalter (19 bzw. 35, 40) von einer Ansteuerschal­ tung (45, 48) gesteuert werden, und daß die Ansteuerschal­ tung (45, 48) über eine erste Steuerleitung (47, 50) mit der Wechselrichterschaltung (15 bzw. 30) in Verbindung steht.
7. Umrichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung (45, 48) über eine zweite Steuer­ leitung mit der Gleichrichterschaltung (12 bzw. 26) in Ver­ bindung steht.
8. Verfahren zum Betrieb eines Umrichters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste steuerbare Halblei­ terschalter (19 bzw. 35, 40) im Normalbetrieb des Umrichters (10 bzw. 24) geschlossen gehalten wird, und daß im Falle ei­ nes Kurzschlusses in der Wechselrichterschaltung (15 bzw. 30) der erste steuerbare Halbleiterschalter (19 bzw. 35, 40) ge­ öffnet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Inbetriebnahme des Umrichters (10 bzw. 24) vor dem Schließen des ersten steuerbaren Halbleiterschalters (19 bzw. 35, 40) zunächst der wenigstens eine Zwischenkreiskon­ densator (14 bzw. 28, 29) an dem offenen ersten steuerbaren Halbleiterschalter (19 bzw. 35, 40) vorbei aufgeladen wird, und daß der erste steuerbare Halbleiterschalter (19 bzw. 35, 40) erst geschlossen wird, wenn der wenigstens eine Zwischen­ kreiskondensator (14 bzw. 28, 29) eine vorbestimmte Ladespan­ nung erreicht hat.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten eines Netzunterbruchs im Speisenetz (11, 26) der erste steuerbare Halbleiterschalter (19 bzw. 35, 40) geöffnet wird, und daß nach Wiederkehr der Netzspannung zunächst der wenigstens eine Zwischenkreiskon­ densator (14 bzw. 28, 29) an dem offenen ersten steuerbaren Halbleiterschalter (19 bzw. 35, 40) vorbei aufgeladen wird, und daß der erste steuerbare Halbleiterschalter (19 bzw. 35, 40) erst geschlossen wird, wenn der wenigstens eine Zwischen­ kreiskondensator (14 bzw. 28, 29) eine vorbestimmte Ladespan­ nung erreicht hat.
DE19736903A 1997-08-25 1997-08-25 Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis sowie Verfahren zum Betrieb eines solchen Umrichters Ceased DE19736903A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19736903A DE19736903A1 (de) 1997-08-25 1997-08-25 Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis sowie Verfahren zum Betrieb eines solchen Umrichters
US09/139,125 US6040988A (en) 1997-08-25 1998-08-25 Converter with DC voltage intermediate circuit and method for operating such a converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19736903A DE19736903A1 (de) 1997-08-25 1997-08-25 Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis sowie Verfahren zum Betrieb eines solchen Umrichters

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19736903A1 true DE19736903A1 (de) 1999-03-04

Family

ID=7840058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19736903A Ceased DE19736903A1 (de) 1997-08-25 1997-08-25 Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis sowie Verfahren zum Betrieb eines solchen Umrichters

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6040988A (de)
DE (1) DE19736903A1 (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1195877A1 (de) * 2000-10-06 2002-04-10 ABB Schweiz AG Stromrichtersystem mit durch einen Gleichspannungszwischenkreis verbundenen Stromrichtermodulen sowie Verfahren zum Betrieb
WO2008110129A1 (de) * 2007-03-13 2008-09-18 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur schadenbegrenzung eines leistungshalbleiter aufweisenden stromrichters bei einem kurzschluss im gleichspannungszwischenkreis
EP2523324A1 (de) * 2011-05-11 2012-11-14 Siemens Aktiengesellschaft Frequenzumrichter mit Kommutierungsdrosseln und Verfahren zum Betreiben desselben
EP2523323A1 (de) * 2011-05-11 2012-11-14 Siemens Aktiengesellschaft Frequenzumrichter mit Gleichtaktdrossel und Verfahren zum Betreiben desselben
EP2523331A1 (de) * 2011-05-11 2012-11-14 Siemens Aktiengesellschaft Frequenzumrichter mit Erdschlussschutz und Verfahren zum Betreiben desselben
CN112952762A (zh) * 2019-11-25 2021-06-11 株式会社电装 短路确定设备

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110080758A1 (en) * 2008-06-10 2011-04-07 Abb Technology Ag Plant for transmitting electric power
CN103887760B (zh) 2012-12-20 2017-11-03 通用电气公司 故障保护系统和方法
US9735725B2 (en) * 2014-01-21 2017-08-15 Regal Beloit America, Inc. Methods and systems for transient voltage protection
US11101640B1 (en) 2020-07-29 2021-08-24 Abb Schweiz Solid-state protection for direct current networks

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0332974A1 (de) * 1988-03-18 1989-09-20 Siemens Aktiengesellschaft Kurzschlussschutz für eine motorisch sowie generatorisch betreibbare pulsumrichtergespeiste elektrische Maschine
DE4210443A1 (de) * 1991-04-01 1992-10-08 Gen Motors Corp Schutzschaltung fuer eine fahrmotor-ansteuervorrichtung
DE19546132A1 (de) * 1995-12-11 1997-06-12 Berthold Dr Ing Fuld Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombegrenzung und zum Überspannungsschutz bei Spannungszwischenkreisumrichtern

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0489947B1 (de) * 1990-12-10 1995-03-22 Asea Brown Boveri Ag Löschkreis
JPH04355628A (ja) * 1991-05-31 1992-12-09 Toshiba Corp 直流送電線路短絡検出装置
US5469351A (en) * 1994-07-05 1995-11-21 Ford Motor Company Fault isolation in an induction motor control system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0332974A1 (de) * 1988-03-18 1989-09-20 Siemens Aktiengesellschaft Kurzschlussschutz für eine motorisch sowie generatorisch betreibbare pulsumrichtergespeiste elektrische Maschine
DE4210443A1 (de) * 1991-04-01 1992-10-08 Gen Motors Corp Schutzschaltung fuer eine fahrmotor-ansteuervorrichtung
DE19546132A1 (de) * 1995-12-11 1997-06-12 Berthold Dr Ing Fuld Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombegrenzung und zum Überspannungsschutz bei Spannungszwischenkreisumrichtern

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1195877A1 (de) * 2000-10-06 2002-04-10 ABB Schweiz AG Stromrichtersystem mit durch einen Gleichspannungszwischenkreis verbundenen Stromrichtermodulen sowie Verfahren zum Betrieb
US6528903B2 (en) 2000-10-06 2003-03-04 Abb Industrie Ag Converter system having converter modules connected by a DC intermediate circuit, and method for operating such a system
WO2008110129A1 (de) * 2007-03-13 2008-09-18 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur schadenbegrenzung eines leistungshalbleiter aufweisenden stromrichters bei einem kurzschluss im gleichspannungszwischenkreis
CN101611535B (zh) * 2007-03-13 2013-06-19 西门子公司 在直流电压中间电路短路时限制具有功率半导体的变流器损坏的方法
US8570779B2 (en) 2007-03-13 2013-10-29 Siemens Aktiengesellschaft Method for limiting damage to a converter having power semiconductors in the case of a short circuit in the DC voltage intermediate circuit
EP2523324A1 (de) * 2011-05-11 2012-11-14 Siemens Aktiengesellschaft Frequenzumrichter mit Kommutierungsdrosseln und Verfahren zum Betreiben desselben
EP2523323A1 (de) * 2011-05-11 2012-11-14 Siemens Aktiengesellschaft Frequenzumrichter mit Gleichtaktdrossel und Verfahren zum Betreiben desselben
EP2523331A1 (de) * 2011-05-11 2012-11-14 Siemens Aktiengesellschaft Frequenzumrichter mit Erdschlussschutz und Verfahren zum Betreiben desselben
CN112952762A (zh) * 2019-11-25 2021-06-11 株式会社电装 短路确定设备

Also Published As

Publication number Publication date
US6040988A (en) 2000-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1318589B1 (de) Windenenergiesystem sowie Verfahren zum Betrieb eines solchen Windenenergiesystems
DE19600547A1 (de) Umrichterschutzgerät für elektrisches Netz
EP3639353B1 (de) Impedanz für ac fehlerstrombehandlung in einem hgü-umrichter
DE19904851A1 (de) Unterbrechungsfreies Stromversorgungsgerät
EP3593434B1 (de) Verfahren und anordnung zum erzeugen eines auslösesignals für einen hvdc-schalter
DE2127771C3 (de) Gleichstrom-Leistungsschalteinrichtung
DE19736903A1 (de) Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis sowie Verfahren zum Betrieb eines solchen Umrichters
EP3783783A1 (de) Anordnung zum regeln eines leistungsflusses in einem wechselspannungsnetz und verfahren zum schutz der anordnung
DE102018129909B4 (de) Leistungselektronikeinrichtung
DE3732334C2 (de)
EP3635851B1 (de) Stromrichtereinheit
EP0152579B1 (de) Vorrichtung zum Kurzschlussschutz eines Stromrichtergerätes mit GTO-Thyristoren
DE1488859B2 (de) Schutzeinrichtung für Asynchronmotoren speisende Wechselrichter
DE2127770B2 (de) Gleichstrom Leistungsschalter
EP0706218A2 (de) Verfahren zur Fehlerbehebung in einer Stromrichterschaltungsanordnung
DE2326724C2 (de) Trennfehler-Schutzschaltungsanordnung
DE4403008A1 (de) Stromrichteranlage mit Überspannungsschutzschaltung
AT405995B (de) Anordnung zum vorladen von zwischenkreiskondensatoren
CH632874A5 (de) Verfahren zum schutz einzelner wechselrichter gegen ueberstrom in einer hochspannungs-gleichstrom-uebertragungsanlage.
DE2350584A1 (de) Mit spannungsteilung arbeitende gleichstrom-leistungsschalteinrichtung
DE102011000737B4 (de) Schutzeinrichtung für eine Photovoltaikanlage, Photovoltaikmodul mit einer solchen Schutzeinrichtung sowie Betriebsverfahren für eine solche Schutzeinrichtung
WO2010145682A1 (de) Parallel zum leistungsschalter geschaltete stromversorgung für dessen steuerschaltung
DE102004058633B3 (de) Strombegrenzer zur Strombegrenzung im Fehlerfall
CH634446A5 (de) Gleichstromquelle.
EP1351267B1 (de) Verfahren fur ein netzsynchrones Schalten von Leistungsschaltern und Vorrichtung zur Durchfuhrung dieses Verfahrens

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: ABB INDUSTRIE AG, BADEN, CH

8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: ZIMMERMANN & PARTNER, 80331 MUENCHEN

8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: ABB SCHWEIZ AG, BADEN, CH

8110 Request for examination paragraph 44
8131 Rejection