DE19739551A1

DE19739551A1 - Short-circuit current limitation for a converter circuit with a capacitive memory

Info

Publication number: DE19739551A1
Application number: DE1997139551
Authority: DE
Inventors: Eric Dr Ing Baudelot; Manfred Dipl Ing Bruckmann; Heinz Mitlehner; Benno Dipl Ing Weis
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-09-09
Filing date: 1997-09-09
Publication date: 1999-03-11
Also published as: WO1999013548A1; EP1012941A1

Abstract

The invention relates to a short-circuit current limiter, comprising at least one power semiconductor switch (T1, ..., T6) with a corresponding free-wheeling diode (D1, ..., D6) as well as at least one capacitive accumulator (C), which create a short-circuit mesh in the event of a short circuit. According to the invention at least one passive semiconductor current limiter (12) made of silicon carbide is arranged in said short-circuit mesh. In this way, in the event of a short circuit the short-circuit current is limited in a very short time to the limit current (Ilimit) of the passive semiconductor current limiter (12) while placing very little load on the power semiconductor switch (T1, ..., T6).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kurzschlußstrombegrenzung für ein Stromrichterschaltung mit wenigstens einem Leistungs halbleiterschalter mit zugehöriger Freilaufdiode und wenig stens einem kapazitiven Speicher, die im Kurzschlußfall eine Kurzschlußmasche bilden.The invention relates to a short-circuit current limitation for a converter circuit with at least one power semiconductor switch with associated freewheeling diode and little least a capacitive memory, which in the event of a short circuit Form a short circuit.

Zu diesen Stromrichterschaltungen werden hier beispielsweise ein netzseitiger Stromrichter mit ausgangsseitigem Spannungs zwischenkreis, ein lastseitiger Umrichter mit eingangsseiti gem Spannungszwischenkreis, ein Gleichstromsteller, ein Schaltnetzteil, . . ., gezählt. All diesen Stromrichterschal tungen ist gemeinsam, daß diese wenigstens einen Leistungs halbleiterschalter mit zugehöriger Freilaufdiode und wenig stens einen kapazitiven Speicher aufweisen, wobei diese Bau elemente im Kurzschlußfall eine Kurzschlußmasche bilden.These converter circuits are used here, for example a line-side converter with voltage on the output side DC link, a load-side converter with an input side according to the voltage intermediate circuit, a DC chopper Switching power supply,. . ., counted. All this converter scarf Common is that these have at least one performance semiconductor switch with associated freewheeling diode and little least have a capacitive memory, this construction form elements in the event of a short circuit.

Anhand eines Zwischenkreis-Spannungs-Umrichters, insbesondere eines Pulsstromrichters, wird die Problematik der Beherr schung eines Kurzschlußfalls erläutert. Dabei wird zwischen einem Pulsstromrichter mit nichteinrastendem Leistungs halbleiterschalter, beispielsweise IGBTs, MOSFETs, LTR, Hard driven GTO, ARCP und mit einrastendem Leistungshalbleiter schalter, beispielsweise GTOs, MCTs, Thyristoren, unterschie den. Bei einem Pulsstromrichter mit nichteinrastenden Lei stungshalbleiterschaltern sind im Kommutierungskreis keine Induktivitäten angeordnet. Der geringe Induktivitätswert die ses Pulsstromrichters stammt von den parasitären Streuinduk tivitäten der niederinduktiven Verschienung. Beim Abschalt vorgang eines Leistungshalbleiterschalters muß dieser nicht nur die Spannung des Spannungszwischenkreises, sondern zu sätzlich den induktiven Spannungsabfall an den parasitären Induktivitäten aufnehmen. Der Wert dieses Spannungsabfalls hängt von der Stromänderung und vom Wert der parasitären In duktivität ab. Da aus Verlustgründen sehr schnell geschaltet werden soll, ist die parasitäre Streuinduktivität möglichst klein zu halten. Der Wert dieser parasitären Streuinduktivi tät liegt heutzutage bei 100 nH.Using an intermediate circuit voltage converter, in particular a pulse converter, the problem of the owner of a short circuit case explained. It is between a pulse converter with non-latching power semiconductor switches, for example IGBTs, MOSFETs, LTR, hard driven GTO, ARCP and with snap-in power semiconductors switches, for example GTOs, MCTs, thyristors, different the. For a pulse converter with non-latching Lei Circuit semiconductor switches are none in the commutation circuit Inductors arranged. The low inductance value This pulse converter comes from the parasitic leakage inductor activities of low induction splinting. When switching off operation of a power semiconductor switch, this does not have to only the voltage of the voltage intermediate circuit, but too additionally the inductive voltage drop at the parasitic Include inductors. The value of this voltage drop depends on the current change and the value of the parasitic In productivity. Switched very quickly for loss reasons the parasitic leakage inductance is as possible to keep small. The value of this parasitic leakage inductance today is 100 nH.

Tritt nun innerhalb eines Brückzweigpaares des Pulsstromrich ters ein Kurzschluß auf, so entlädt sich der Spannungszwi schenkreis über den kurzgeschlossenen Brückenzweig. Der Kurz schlußstrom wird nur durch die parasitäre Induktivität be grenzt, die jedoch sehr klein ist. Dadurch fließt in kür zester Zeit ein sehr hoher Kurzschlußstrom (mehrere kA), der die Leistungshalbleiterschalter dieses Brückenzweiges zer stört, wenn diese den Kurzschlußstrom nicht mehr abschalten können.Now occurs within a pair of bridging branches of the pulse current rectifier ters a short circuit, the voltage intermediate discharges circle over the short-circuited bridge branch. The short one final current is only by the parasitic inductance be borders, which is however very small. This flows into kür zester time a very high short circuit current (several kA), the the power semiconductor switches of this bridge branch zer bothers if they no longer switch off the short-circuit current can.

Damit ein Kurzschlußstrom von diesen Leistungshalbleiter schaltern abgeschaltet werden kann, müssen diese Leistungs halbleiterschalter eine hohe Kurzschlußfestigkeit aufweisen. Das heißt, diese Leistungshalbleiterschalter können einen vier- bis zehnfachen Nennstrom kurzzeitig führen. Diese Zeitdauer beträgt beispielsweise etwa 10 µs. Während dieser Zeit wird in den Leistungshalbleiterschaltern eine sehr hohe Verlustleistung umgesetzt.So a short circuit current from these power semiconductors switches can be switched off, this power semiconductor switches have a high short-circuit strength. That means these power semiconductor switches can do one briefly carry four to ten times the nominal current. This The duration is, for example, approximately 10 µs. During this Time becomes very high in the power semiconductor switches Power loss implemented.

Nachteil dieser Lösung ist, daß innerhalb der beispielsweisen 10 µs der Kurzschlußstrom erkannt und abgeschaltet werden muß und daß die verwendeten Leistungshalbleiterschalter für die Kurzschlußanforderungen dimensioniert werden, wobei andere Optimierungskriterien außer Betracht bleiben.Disadvantage of this solution is that within the example 10 µs the short-circuit current must be recognized and switched off and that the power semiconductor switches used for the Short circuit requirements are dimensioned, with others Disregard optimization criteria.

Bei einem Pulsstromrichter mit einrastenden Leistungshalblei terschaltern sind im Kommutierungskreis Induktivitäten ange ordnet. Außerdem weisen diese Leistungshalbleiterschalter je weils eine Schutzbeschaltung (snubber circuit) auf, wodurch der Aufwand für passive Bauelemente recht hoch ist. For a pulse converter with a snap-in power semi-conductor Switches are inductors in the commutation circuit arranges. In addition, these power semiconductor switches each have because a protective circuit (snubber circuit) on, whereby the expenditure for passive components is quite high.

Tritt nun innerhalb eines Brückenzweigpaares eines solchen Pulsstromrichters oder eines Stromrichters mit resonanter Be triebsweise (z. B. quasiresonante Schalter, resonant dc Link Converter) ein Kurzschluß auf, begrenzen die vorhandenen In duktivitäten den Anstieg des Kurzschlußstromes. Die Amplitude des Kurzschlußstromes erreicht ebenfalls einen Wert von eini gen kA, jedoch nicht in so kurzer Zeit wie bei nichteinras tenden Leistungshalbleiterschaltern.Now occurs within a pair of bridges Pulse converter or a converter with resonant loading drive mode (e.g. quasi-resonant switch, resonant dc link Converter) a short circuit, limit the existing In ductivities the increase in short-circuit current. The amplitude the short-circuit current also reaches a value of one gen N / A, but not in as short a time as with non-grass tendency power semiconductor switches.

Damit ein Kurzschlußstrom von diesen einrastenden Leistungs halbleiterschaltern abgeschaltet werden kann, muß die vorhan dene Induktivität sehr groß gewählt werden, da eine Kurz schlußfestigkeit des einrastenden Leistungshalbleiterschal ters im allgemeinen nicht erreichbar ist. Durch die Vergröße rung der vorhandenen Induktivität wird der Stromanstieg des Kurzschlußstromes soweit verlangsamt, daß der einrastende Leistungshalbleiterschalter den Kurzschlußstrom noch abschal ten kann.So a short-circuit current of this snap-in power semiconductor switches can be turned off, the existing inductance can be chosen very large, because a short final strength of the snap-in power semiconductor scarf ters is generally unreachable. Because of the enlargement of the existing inductance, the current increase of the Short-circuit current slowed so far that the engaging Power semiconductor switch the short-circuit current still scarf can.

Der Nachteil dieser Lösung liegt in einem hohen Kostenaufwand sowohl für die Induktivität als auch für die Beschaltungskon densatoren der Schutzbeschaltungen, die erforderlich sind, um hohe Überspannungen zu begrenzen. Außerdem kann der Lei stungshalbleiterschalter im Nennbetrieb nicht mit seinem ma ximal abschaltbaren Strom betrieben werden, da eine Reserve für die Kurzschlußabschaltung erforderlich ist. Ferner bildet der Spannungszwischenkreis und die Induktivität im Kurz schlußfall einen Serienschwingkreis. Damit die Freilaufdiode der Leistungshalbleiterschalter nicht durch den hohen Schwingstrom zerstört werden kann, muß elektrisch parallel zur Reihenschaltung des Spannungszwischenkreises und der In duktivität eine Rückschwing-Diodenanordnung geschaltet wer den, wodurch sich das Bauvolumen und die Kosten dieses Um richters erhöhen.The disadvantage of this solution is the high cost for both the inductance and the wiring con protection circuit capacitors required to limit high surges. In addition, the Lei power semiconductor switch in nominal operation not with its ma current that can be switched off can be operated as a reserve is required for short-circuit shutdown. Furthermore forms the voltage intermediate circuit and the inductance in short finally a series resonant circuit. So that the freewheeling diode the power semiconductor switch is not due to the high Vibration current can be destroyed must be electrically parallel for the series connection of the voltage intermediate circuit and the In ductivity switched back a swing diode arrangement the, whereby the construction volume and the cost of this order increase richters.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kurz schlußstrombegrenzung für derartige Stromrichterschaltungen anzugeben, so daß die aufgeführten Nachteile nicht mehr auf treten.The invention is based on the object, a brief final current limitation for such converter circuits specify, so that the disadvantages listed no longer apply to step.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with the characteristic Feature of claim 1 solved.

Dadurch, daß ein passiver Halbleiterstrombegrenzer aus Sili ciumcarbid in einer Kurzschlußmasche, die aus dem kapazitiven Speicher und wenigstens einem Leistungshalbleiterschalter im Kurzschlußfall gebildet wird, angeordnet ist, läßt sich in komfortabler Weise der Kurzschluß in einer bekannten, ein gangs beschriebenen Stromrichterschaltung beherrschen, ohne daß deren Nachteile auftreten. Der Vorteil dieses passiven Halbleiterstrombegrenzers aus Siliciumcarbid liegt im Ver hältnis der Durchlaßspannung zum Begrenzerstrom. Dieser pas sive Halbleiterstrombegrenzer kann direkt elektrisch in Reihe zum kapazitiven Speicher, in einer Zuleitung vom kapazitiven Speicher zum Leistungshalbleiterschalter oder elektrisch in Reihe zum Leistungshalbleiterschalter geschaltet werden. Die se unterschiedlichen Einbauplätze dieses passiven Halblei terstrombegrenzers aus Siliciumcarbid beeinflussen nicht die Funktionsweise und die Belastung dieses passiven Halbleiter strombegrenzers. Außerdem kann dieser passive Halbleiter strombegrenzer in allen bekannten Stromrichterschaltungen verwendet werden, unabhängig davon, ob einrastende oder nichteinrastende Leistungshalbleiterschalter verwendet wer den.The fact that a passive semiconductor current limiter made of Sili cium carbide in a short circuit mesh, which results from the capacitive Memory and at least one power semiconductor switch in the Short circuit is formed, is arranged, can be the short circuit in a known, convenient way master converter circuit described above, without that their disadvantages occur. The advantage of this passive Semiconductor current limiter made of silicon carbide is in the ver Ratio of forward voltage to limiter current. This pas Active semiconductor current limiters can be electrically connected in series to the capacitive memory, in a supply line from the capacitive Memory for power semiconductor switch or electrical in Row to be switched to the power semiconductor switch. The different locations of this passive half lead Current limiters made of silicon carbide do not affect the Functionality and the load of this passive semiconductor current limiter. In addition, this passive semiconductor current limiters in all known converter circuits be used regardless of whether snap or non-latching power semiconductor switches who used the.

Im Kurzschlußfall durchläuft der passive Leistungshalbleiter strombegrenzer aus Siliciumcarbid in sehr kurzer Zeit seine Kennlinie, so daß in kürzester Zeit der Kurzschlußstrom auf einen Begrenzerstrom des passiven Halbleiterstrombegrenzers begrenzt wird. Somit wird die Kurzschlußstrombegrenzung al leine von dem passiven Halbleiterstrombegrenzer aus Silicium carbid vorgenommen, so daß die Wahl der Leistungshalbleiter schalter oder deren Dimensionierung oder der Aufbau einer Stromrichterschaltung nicht mehr vorrangig auf einen Kurz schlußfall abgestimmt sein muß. In Abhängigkeit des Span nungsabfalls des passiven Halbleiterstrombegrenzers und eines Referenzwertes kann eine Abschalteinrichtung aktiviert wer den, so daß der Kurzschlußstrom unterbrochen wird.In the event of a short circuit, the passive power semiconductor runs current limiter made of silicon carbide in a very short time Characteristic curve, so that the short-circuit current in the shortest possible time a limiter current of the passive semiconductor current limiter is limited. Thus, the short-circuit current limitation al lead from the passive semiconductor current limiter made of silicon carbide made so that the choice of power semiconductors switches or their dimensions or the structure of a Power converter circuit no longer primarily on a short in the final case must be coordinated. Depending on the span voltage drop of the passive semiconductor current limiter and one A switch-off device can be activated for the reference value the so that the short-circuit current is interrupted.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Kurzschlußstrom begrenzung ist der positive Halbleiterstrombegrenzer aus Si liciumcarbid mit einer antiparallelen Überbrückungs-Diode versehen. Diese Diode wird genau dann benötigt, wenn Energie von einer Last in den kapazitiven Speicher der Stromrichter schaltung zurückgespeist wird. Bei dieser Rückspeisung kehrt sich die Richtung des Stromes durch den passiven Halbleiter strombegrenzer um. Unterschreitet dieser Rückspeisestrom den minimalen Grenzstrom des passiven Halbleiterstrombegrenzers, so wird der passive Halbleiterstrombegrenzer mittels der Di ode in Richtung Energierückspeisung überbrückt. Dadurch wird der passive Halbleiterstrombegrenzer vor Zerstörung ge schützt. Somit kann ein passiver Halbleiterstrombegrenzer mit einer antiparallelen Überbrückungs-Diode bei Stromrichter schaltungen zur Kurzschlußstrombegrenzung eingesetzt werden, bei denen eine Energierückspeisung beabsichtigt ist.In an advantageous embodiment, the short-circuit current limitation is the positive semiconductor current limiter made of Si licium carbide with an anti-parallel bridging diode Mistake. This diode is needed exactly when there is energy from a load in the capacitive memory of the converter circuit is fed back. With this feedback returns the direction of the current through the passive semiconductor current limiter around. If this feedback current falls below the minimum limit current of the passive semiconductor current limiter, so the passive semiconductor current limiter by means of the Di bridged in the direction of energy recovery. This will the passive semiconductor current limiter ge before destruction protects. A passive semiconductor current limiter can thus be used an anti-parallel bridging diode in power converters circuits for short-circuit current limitation are used, where energy recovery is intended.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Kurz schlußstrombegrenzung ist eine Freilaufdiode des Leistungs halbleiterschalters mit einem Anschluß in Leistungsflußrich tung vor dem passiven Halbleiterstrombegrenzer verlegt. Da durch wird ebenfalls bei Energierückspeisung von einer Last in den kapazitiven Speicher der Stromrichterschaltung der passive Halbleiterstrombegrenzer überbrückt, ohne daß eine zusätzliche Überbrückungs-Diode verwendet werden muß. Durch diese besondere Verschaltung der Freilauf-Diode eines Lei stungshalbleiterschalters übernimmt diese Freilaufdiode die Schutzaufgabe für den passiven Halbleiterstrombegrenzer wäh rend einer Energierückspeisung.In a further advantageous embodiment, the short final current limitation is a free-wheeling diode of the power semiconductor switch with a connection in power flow direction device in front of the passive semiconductor current limiter. There is also used for energy recovery from a load in the capacitive memory of the converter circuit passive semiconductor current limiters bridged without a additional bridging diode must be used. By this special connection of the free-wheeling diode of a Lei This semiconductor freewheeling diode takes over Protection task for the passive semiconductor current limiter energy recovery.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Kurz schlußstrombegrenzung bildet ein passiver Halbleiterstrombe grenzer aus Siliciumcarbid mit einem Leistungshalbleiter schalter der Stromrichterschaltung eine Baueinheit. Dadurch wird bei der Stromrichterschaltung kein zusätzliches Bauele ment verwendet, so daß die bekannten Stromrichterschaltungen nicht umkonstruiert werden müssen. Es müssen lediglich die Leistungshalbleiterschalter durch die Leistungshalbleiter schalter mit integriertem passiven Halbleiterstrombegrenzer ausgetauscht werden.In a further advantageous embodiment, the short short-circuit current limitation forms a passive semiconductor current Limiter made of silicon carbide with a power semiconductor switch of the converter circuit a unit. Thereby is no additional component in the converter circuit ment used, so that the known converter circuits do not need to be redesigned. It just has to Power semiconductor switches through the power semiconductors switch with integrated passive semiconductor current limiter be replaced.

Zur weiteren Erläuterung der erfindungsgemäßen Kurzschluß strombegrenzung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsbeispiele schematisch veranschaulicht sind.To further explain the short circuit according to the invention current limitation is referred to the drawing in which schematically illustrates several exemplary embodiments are.

Fig. 1 zeigt einen bekannten Frequenzumrichter mit ei ner vorteilhaften Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Kurzschlußstrombegrenzung, wobei in den Fig. 1 shows a known frequency converter with egg ner advantageous embodiment of the inventive short-circuit current limitation, in which

Fig. 2 und 3 jeweils Kennlinien eines passiven Halbleiter strombegrenzers nach Fig. 1 dargestellt sind, und wobei in den Fig. 2 and 3 are characteristic curves of a passive semiconductor current limiter according to Fig. 1, and wherein in the

Fig. 4 bis 6 weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kurzschlußstrombegrenzung bei Stromrichter schaltungen veranschaulicht sind. Fig. 4 to 6 further embodiments of the short-circuit current limitation of converter circuits are illustrated.

Die Fig. 1 zeigt einen bekannten Frequenzumrichter, bestehend aus einem netzseitigen ungesteuerten Stromrichter 2, einem Spannungszwischenkreis 4 und einem lastseitigen Stromrich ter 6, insbesondere einem Pulsstromrichter. Der netzseitige ungesteuerte Stromrichter 2 weist pro Brücken zwei Dioden Dn1 und Dn2 bzw. Dn3 und Dn4 auf. Der Spannungszwischenkreis 4 weist einen kapazitiven Speicher C auf. Der dreiphasige Pulsstromrichter 6 weist pro Brückenzweig zwei elektrisch in Reihe geschaltete Leistungshalbleiterschalter T1, T2 bzw. T3, T4 bzw. T5, T6 auf, die jeweils mit einer antiparallel ge schalteten Freilaufdiode D1, . . ., D6 versehen sind. Die para sitäre Induktivität der Verschienung des Spannungszwischen kreises 4 mit dem Pulsstromrichter 6 ist hier ersatzweise als Induktivität L in der positiven Zuleitung 8 zwischen den ka pazitiven Speicher 4 und dem Pulsstromrichter 6 dargestellt. Ein passiver Halbleiterstrombegrenzer 12 aus Siliciumcarbid ist in der positiven Zuleitung 8 des Spannungszwischenkreises 4 angeordnet. Außerdem ist dieser passive Halbleiterstrombe grenzer 12 mit einer Überbrückungs-Diode D7 versehen, die parallel zur Stromflußrichtung durch diesen Halbleiterstrom begrenzer 12 geschaltet ist. Dieser passive Halbleiterstrom begrenzer 12 aus Siliciumcarbid ist aus der älteren nationa len Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 197 17 614.3 (GR 97 P 1515 DE) bekannt. Die zugehörige Kenn linie dieses Halbleiterstrombegrenzers 12 ist in der Fig. 2 näher dargestellt, wobei die Fig. 3 die Kennlinie eines pas siven Halbleiterstrombegrenzers 12 mit Memory-Funktion zeigt. Der Strom I_Limit, ab dem der passive Halbleiterstrombegrenzer 12 eingreift, wird so gewählt, daß der passive Halbleiter strombegrenzer 12 erst oberhalb des maximal im Normalbetrieb auftretenden Stromes eingreift. Die Form des durch den Halb leiterstrombegrenzer 12 fließenden Strom ist hierbei unerheb lich, so daß die Funktion des passiven Halbleiterstrombe grenzers 12 unabhängig von der Anwendung gewährleistet ist. Fig. 1 shows a known frequency converter, consisting of a line-side uncontrolled converter 2 , a voltage intermediate circuit 4 and a load-side Stromrich ter 6 , in particular a pulse converter. The uncontrolled converter 2 on the network side has two diodes Dn1 and Dn2 or Dn3 and Dn4 per bridge. The voltage intermediate circuit 4 has a capacitive memory C. The three-phase pulse converter 6 has two electrically connected series semiconductor power switches T1, T2 or T3, T4 or T5, T6 per bridge branch, each with an antiparallel connected freewheeling diode D1,. . ., D6 are provided. The para inductive inductance of the splinting of the voltage intermediate circuit 4 with the pulse converter 6 is shown here as an alternative inductance L in the positive feed line 8 between the capacitive memory 4 and the pulse converter 6 . A passive semiconductor current limiter 12 made of silicon carbide is arranged in the positive lead 8 of the voltage intermediate circuit 4 . Furthermore, this passive Halbleiterstrombe limiter is provided with a bypass diode D7 12, the limiter parallel to the direction of current flow through these semiconductor power is switched 12th This passive semiconductor current limiter 12 made of silicon carbide is known from the older national patent application with the official file number 197 17 614.3 (GR 97 P 1515 DE). The associated characteristic line of this semiconductor current limiter 12 is shown in more detail in FIG. 2, with FIG. 3 showing the characteristic curve of a passive semiconductor current limiter 12 with a memory function. The current I _limit, from which the passive semiconductor current limiter 12 engages is selected so that the passive semiconductor current limiter 12 is engaged only above the maximum occurring in the normal operating current. The shape of the current flowing through the semiconductor current limiter 12 is irrelevant here, so that the function of the passive semiconductor current limiter 12 is ensured regardless of the application.

Tritt nun ein Kurzschluß in einem Brückenzweig des Pulsstrom richters auf, durchläuft der passive Halbleiterstrombegrenzer 12 aus Siliciumcarbid in sehr kurzer Zeit seine Kennlinie, so daß der Kurzschlußstrom in dieser Zeit auf den Wert des Grenzstromes I_Limit begrenzt wird. In diesem Betriebspunkt werden die Leistungshalbleiterschalter des kurzschlußbehafte ten Brückenzweiges wenig belastet, da diese kaum Spannung aufnehmen. Wenn der positive Halbleiterstrombegrenzer 12 den Kurzschlußstrom auf den Wert des Grenzstromes I_Limit begrenzt, fällt die Zwischenkreisspannung U_d überwiegend am Halbleiter strombegrenzer 12 ab. In diesem Halbleiterstrombegrenzer 12 wird dann eine hohe Verlustleistung umgesetzt. Damit dieser passive Halbleiterstrombegrenzer 12 nicht thermisch zerstört wird, muß die Kurzschlußmasche, bestehend aus dem kapazitiven Speicher C, dem Halbleiterstrombegrenzer 12 und den Lei stungshalbleiterschaltern eines Brückenzweiges des Pulsstrom richters 6 aufgetrennt werden. Dazu kann vorteilhafterweise der Spannungsabfall am Halbleiterstrombegrenzer 12 verwendet werden, aus dem in Abhängigkeit eines Referenzwertes ein Steuersignal für eine Abschalteinrichtung generiert wird. Als Abschalteinrichtung kann beispielsweise eine Vorrichtung zur Sperrung aller Steuersignale des Pulsstromrichters 6 vorgese hen sein. Als Abschalteinrichtung können auch Schütze und Re lais vorgesehen sein, mit denen die Kurzschlußmasche aufge trennt oder der Frequenzumrichter vom Netz geschaltet wird.If a short circuit now occurs in a bridge branch of the pulse current rectifier, the passive semiconductor current limiter 12 made of silicon carbide runs through its characteristic curve in a very short time, so that the short circuit current is limited to the value of the limit current I _limit during this time. At this operating point, the power semiconductor switches of the short-circuit-bearing bridge branch are little stressed, since they hardly absorb any voltage. When the positive semiconductor current 12 the short-circuit current to the value of the limit current I _limit limits, the intermediate circuit voltage U _d falls mainly on the semiconductor current limiter 12 from. A high power loss is then implemented in this semiconductor current limiter 12 . So that this passive semiconductor current limiter 12 is not thermally destroyed, the short-circuit mesh consisting of the capacitive memory C, the semiconductor current limiter 12 and the power semiconductor switches of a bridge branch of the pulse current rectifier 6 must be separated. For this purpose, the voltage drop at the semiconductor current limiter 12 can advantageously be used, from which a control signal for a shutdown device is generated as a function of a reference value. As a shutdown device, for example, a device for blocking all control signals of the pulse converter 6 can be provided. As a shutdown device, contactors and relays can also be provided, with which the short-circuit mesh is separated or the frequency converter is switched from the mains.

Weist der passive Halbleiterstrombegrenzer 12 aus Silicium carbid den Kennlinienverlauf gemäß Fig. 3 auf, so besteht für die Auftrennung der Kurzschlußmasche kein Zeit zwang, da die ser Halbleiterstrombegrenzer 12 keine hohe thermische Bean spruchung aufweist. Gemäß der Kennlinie nach Fig. 3 wird der Kurzschlußstrom nicht auf hohem Niveau, sondern auf einen sehr niedrigen Wert begrenzt, der kleiner ist als der maximal auftretende Strom im Normalbetrieb. Der kritische Punkt liegt beim passiven Halbleiterstrombegrenzer 12 aus Siliciumcarbid beim Maximum der Kennlinie. In diesem Punkt (dI/dt=0) führen die Leistungshalbleiterschalter des kurzschlußbehafteten Brückenzweiges einen hohen Strom und nehmen annähernd die ge samte Zwischenkreisspannung U_d auf. Wegen der sehr kurzen Verweildauer in diesem Betriebspunkt stellt die Kurzschluß strombegrenzung keine hohe thermische Beanspruchung für die Leistungshalbleiterschalter dar. Hat dieser Halbleiterstrom begrenzer 12 mit Memory-Funktion eine hohe Spannung aufgenom men, so fließt durch ihn nur noch ein sehr kleiner Strom, der den Halbleiterstrombegrenzer 12 thermisch nicht gefährdet. Auch in diesem Fall muß die Kurzschlußmasche aufgetrennt wer den, wobei sich ebenfalls eine Spannungsüberwachung des Halb leiterstrombegrenzers 12 anbietet. Da dieser passive Halblei terstrombegrenzer 12 nur eine geringe Verlustleistung um setzt, steht nahezu eine beliebig lange Zeitdauer bis zur Ab schaltung zur Verfügung. If the passive semiconductor current limiter 12 made of silicon carbide has the characteristic curve according to FIG. 3, there is no time for separating the short-circuit mesh, since the semiconductor current limiter 12 has no high thermal stress. According to the characteristic curve according to FIG. 3, the short-circuit current is not limited to a high level, but to a very low value, which is smaller than the maximum current occurring in normal operation. The critical point lies in the passive semiconductor current limiter 12 made of silicon carbide at the maximum of the characteristic curve. At this point (dI / dt = 0), the power semiconductor switches of the short-circuit bridge branch carry a high current and approximately take up the entire intermediate circuit voltage U _d . Because of the very short dwell time in this operating point, the short-circuit current limitation does not represent a high thermal stress for the power semiconductor switch. If this semiconductor current limiter 12 with memory function has a high voltage, only a very small current flows through it, which is the semiconductor current limiter 12 not thermally endangered. In this case too, the short-circuit mesh must be separated, which also offers voltage monitoring of the semiconductor current limiter 12 . Since this passive semiconductor current limiter 12 implements only a small power loss, there is almost any length of time available until it is switched off.

Lag der Grund für den Kurzschluß nicht in einem defekten Lei stungshalbleiterschalter, so ist der Pulsstromrichter 6 nach der Strombegrenzung wieder funktionsfähig. Dazu muß der pas sive Halbleiterstrombegrenzer 12 seine Spannung an den Lei stungshalbleiterschaltern T1, . . ., T6 des Pulsstromrichters 6 abgeben, was durch eine kurze Impulssperre erreicht wird. An schließend ist ein weiterer Betrieb des Pulsstromrichters 6 ohne weitere Abschaltung möglich.If the reason for the short circuit was not in a defective circuit breaker Lei, the pulse converter 6 is functional again after the current limitation. For this purpose, the passive semiconductor current limiter 12 must have its voltage at the power semiconductor switches T1,. . ., T6 deliver the pulse converter 6 , which is achieved by a short pulse lock. At closing a further operation of the pulse converter 6 is possible without further shutdown.

In der Fig. 4 ist eine Stromrichterschaltung dargestellt, de ren Spannungszwischenkreis 4 zwei elektrisch in Reihe ge schaltete kapazitive Speicher C1 und C2 aufweist, und wobei in der positiven und negativen Zuleitung 8 und 10 des Span nungszwischenkreises 4 jeweils ein passiver Halbleiterstrom begrenzer 12 angeordnet sind. Jeden Halbleiterstrombegrenzer 12 ist eine Überbrückungs-Diode D7 und D8 elektrisch anti parallel geschaltet. Der Mittelpunkt M der kapazitiven Spei cher C1 und C2 ist außerdem geerdet. Erfolgt nun ein Kurz schluß in der Phase T gegen den Spannungszwischenkreis-Mit telpunkt M, so treibt der kapazitive Speicher C2 einen Kurz schlußstrom über den Leistungshalbleiterschalter T6. Dieser Kurzschlußstrom kann nicht vom passiven Halbleiterstrombe grenzer 12 in der positiven Zuleitung 8 gemäß Fig. 1 begrenzt werden, da durch die Erdung des Spannungszwischenkreis-Mit telpunktes M des Spannungszwischenkreises 4 zwei Kurzschluß maschen entstehen können. Deshalb sind hier auch zwei passive Halbleiterstrombegrenzer 12 vorgesehen, mit denen jeweils ein Kurzschlußstrom in einer Kurzschlußmasche begrenzt werden kann.In FIG. 4, a power converter circuit is shown, de ren voltage intermediate circuit 4, two electrically ge in series switched capacitive storage C1 and C2, and said voltage intermediate circuit in the positive and negative supply line 8 and 10 of clamping 4 are each a passive semiconductor current limiter 12 are arranged . A bridging diode D7 and D8 are electrically connected in parallel to each semiconductor current limiter 12 . The center M of the capacitive memory C1 and C2 is also grounded. If there is now a short circuit in phase T against the voltage intermediate circuit center point M, the capacitive memory C2 drives a short-circuit current through the power semiconductor switch T6. This short-circuit current cannot be limited by the passive semiconductor current limiter 12 in the positive feed line 8 according to FIG. 1, since two short-circuit meshes can be caused by the grounding of the voltage intermediate circuit center point M of the voltage intermediate circuit 4 . For this reason, two passive semiconductor current limiters 12 are also provided here, with each of which a short-circuit current can be limited in a short-circuit mesh.

Die Fig. 5 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der Kurz schlußstrombegrenzung nach Fig. 4. Diese vorteilhafte Ausfüh rungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 4 dadurch, daß die beiden passiven Halbleiterstrombe grenzer 12 in der positiven und negativen Zuleitung 8 und 10 keine Überbrückungs-Dioden D7 und D8 mehr aufweisen. Die Funktion dieser Überbrückungs-Dioden D7 und D8 werden bei dieser vorteilhaften Ausführungsform von den Freilaufdioden D1, . . ., D6 des Pulsstromrichters 6 übernommen. Dazu sind die Freilaufdioden D1, D3 und D5 kartonseitig nicht mit den An oden der zugehörigen Leistungshalbleiterschalter T1, T3 und T5, sondern mit einer Eingangsklemme 14 des passiven Halblei terstrombegrenzers 12 in der positiven Zuleitung 8 des Span nungszwischenkreises 4 verbunden. Ebenso sind die Freilaufdi oden D2, D4 und D6 anodenseitig nicht mit den Kathoden der zugehörigen Leistungshalbleiterschalter T2, T4 und T6, son dern mit einer Eingangsklemme 16 des passiven Halbleiter strombegrenzers 12 in der negativen Zuleitung 10 des Span nungszwischenkreises 4 verknüpft. Somit ist jede Freilauf-Di ode D1, . . ., D6 eines Leistungshalbleiterschalters T1, . . ., T6 mit einem Anschluß 14, 16 in Leistungsflußrichtung vor ei nem passiven Halbleiterstrombegrenzer 12 verlegt. FIG. 5 shows an advantageous embodiment of the short-circuit current limiter according to Figure 4. This advantageous exporting approximate shape differs. Differs from the embodiment according to FIG. 4 in that the two passive Halbleiterstrombe limiter 12 no bridging in the positive and negative supply line 8, and 10 Diodes D7 and D8 have more. The function of these bridging diodes D7 and D8 are in this advantageous embodiment of the freewheeling diodes D1,. . ., D6 of the pulse converter 6 taken over. For this purpose, the freewheeling diodes D1, D3 and D5 on the cardboard side are not connected to the anodes of the associated power semiconductor switches T1, T3 and T5, but to an input terminal 14 of the passive semiconductor current limiter 12 in the positive supply line 8 of the voltage intermediate circuit 4 . Likewise, the freewheel diodes D2, D4 and D6 are not connected on the anode side to the cathodes of the associated power semiconductor switches T2, T4 and T6, but rather to an input terminal 16 of the passive semiconductor current limiter 12 in the negative feed line 10 of the voltage intermediate circuit 4 . Each free-wheeling diode D1,. . ., D6 of a power semiconductor switch T1,. . ., T6 laid with a connection 14 , 16 in the power flow direction in front of a passive semiconductor current limiter 12 .

Die Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Kurzschluß strombegrenzung für eine Stromrichterschaltung. Die in Fig. 6 vorgesehene Stromrichterschaltung weist einen Mehrpunkt- Stromrichter 18 und mehrere elektrisch in Reihe geschaltete kapazitive Speicher C1, . . ., Cn auf, deren n-1 Zwischenab gänge 20 und die positive und negative Zuleitungen 8 und 10 mit korrespondierenden Eingängen des Mehrpunkt-Pulsstromrich ters 18 verknüpft sind. Wie in den Ausführungsformen gemäß den Fig. 4 und 5 sind in den Zuleitungen 8 und 10 jeweils ein passiver Halbleiterstrombegrenzer 12 mit einer zugehörigen antiparallel geschalteten Überbrückungs-Diode D7 und D8 ange ordnet. In den Zwischenabgängen 20 sind jeweils zwei Halblei terstrombegrenzer 12 mit zugehörigen Überbrückungs-Dioden D9 angeordnet, die jeweils einen Strom in entgegengesetzten Richtungen begrenzen können. Durch die Aufteilung eines kapa zitiven Speichers C eines Spannungszwischenkreises 4 in n ka pazitiven Speichern C1 bis Cn existieren auch n Kurzschlußma schen. Da in allen Zwischenabgängen 20 zudem ein Kurzschluß strom in beiden Stromrichtungen fließen kann, sind die in dieser Fig. 6 dargestellten passiven Halbleiterstrombegrenzer 12 bei einer Stromrichterschaltung notwendig, die nach einem Mehrpunktprinzip arbeitet. Fig. 6 shows a further embodiment of the short-circuit current limitation for a converter circuit. The converter circuit provided in FIG. 6 has a multipoint converter 18 and a plurality of capacitive memories C1,. . ., Cn, whose n-1 intermediate outputs 20 and the positive and negative feed lines 8 and 10 are linked to corresponding inputs of the multipoint pulse current rectifier 18 . As in the embodiments according to FIGS. 4 and 5, a passive semiconductor current limiter 12 with an associated anti-parallel bridging diode D7 and D8 are arranged in the feed lines 8 and 10, respectively. In the intermediate outlets 20 , two semiconductor current limiters 12 are arranged with associated bridging diodes D9, each of which can limit a current in opposite directions. By dividing a capacitive memory C of a voltage intermediate circuit 4 into n capacitive memories C1 to Cn, there are also n short-circuit mats. Since a short-circuit current can also flow in both current directions in all intermediate outlets 20 , the passive semiconductor current limiters 12 shown in FIG. 6 are necessary in a converter circuit which works on a multi-point principle.

Während bei einer Ausführungsform der Kurzschlußbegrenzung gemäß der Erfindung jeweils ein passiver Halbleiterstrombe grenzer 12 in einem Brückenzweig des Pulsstromrichters 6 an geordnet bzw. bei einem geteilten kapazitiven Speicher C je dem Leistungshalbleiterschalter zugeordnet ist, so ist es wirtschaftlicher, wenn ein passiver Halbleiterstrombegrenzer 12 in einem Brückenzweigmodul bzw. in einem Leistungshalblei terschalter-Modul integriert ist. Durch diese Integration ei nes passiven Halbleiterstrombegrenzer 12 braucht ein beste hender Frequenzumrichter nicht umkonstruiert werden, so daß durch Austausch der entsprechenden Module der bekannte Fre quenzumrichter mit der erfindungsgemäßen Kurzschlußstrombe grenzung ausgerüstet ist.While in one embodiment the short circuit limit limiter according to the invention respectively a passive Halbleiterstrombe is arranged in a bridge branch of the pulse converter 6 to 12 and each assigned to the power semiconductor switch with a split capacitive storage C, so it is more economical when a passive semiconductor 12 in a bridge arm module or is integrated in a power semiconductor switch module. This integration of a passive semiconductor current limiter 12 does not require a best existing frequency converter to be redesigned, so that the known frequency converter is equipped with the short-circuit current limit according to the invention by exchanging the corresponding modules.

Claims

1. Short-circuit current limitation for a converter circuit with at least one power semiconductor switch (T1,..., T6) with associated freewheeling diode (D1,..., D6) and at least one capacitive memory (C), which form a short-circuit mesh in the short-circuit case, thereby characterized in that at least one passive semiconductor current limiter ( 12 ) made of silicon carbide is arranged in this short circuit.

2. Short-circuit current limitation according to claim 1, wherein the passive semiconductor current limiter ( 12 ) made of silicon carbide with egg ner antiparallel bridging diode (D7,..., D10) is seen ver.

3. Short-circuit current limitation according to claim 1, wherein the free-wheeling diode (D1,..., D6) of the power semiconductor (T1,..., T6) is laid with a connection in the power flow direction before the passive semiconductor current limiter ( 12 ).

4. Short-circuit current limitation according to claim 1 for a multi-point converter circuit ( 18 ) with at least two capacitive memories (C1,..., Cn) and at least one intermediate intermediate outlet ( 20 ), characterized in that in all outlets ( 20 ) and A passive semiconductor current limiter ( 12 ) made of silicon carbide is arranged in each case in the feed lines ( 8 , 10 ) of the capacitive memories (C1,..., Cn), a further passive semiconductor current limiter ( 12 ) for a second current direction being arranged in each outlet ( 20 ) is.

5. Short-circuit current limitation according to claim 1, wherein the passive semiconductor current limiter ( 12 ) made of silicon carbide with the power semiconductor switch (T1,..., T6) forms a structural unit.

6. Short-circuit current limitation according to one of claims 1 to 5, depending on a determined semiconductor current limit voltage and a reference voltage using an Ab switching device the short-circuit mesh is separated.