EP1771936A1 - Traktionsstromrichter mit einem netzseitigen vierquadrantensteller - Google Patents

Traktionsstromrichter mit einem netzseitigen vierquadrantensteller

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EP1771936A1
EP1771936A1 EP05763985A EP05763985A EP1771936A1 EP 1771936 A1 EP1771936 A1 EP 1771936A1 EP 05763985 A EP05763985 A EP 05763985A EP 05763985 A EP05763985 A EP 05763985A EP 1771936 A1 EP1771936 A1 EP 1771936A1
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EP
European Patent Office
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power
diode
turn
controllable
converter
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05763985A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Mark-Matthias Bakran
Hans-Günter ECKEL
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion 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
    • H02M5/42—Conversion 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
    • H02M5/44—Conversion 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
    • H02M5/453—Conversion 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 triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion 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 triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/4585—Conversion 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 triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements

Definitions

  • the invention relates to a traction converter with a network-side four-quadrant, which has turn-off power semiconductors as Strom ⁇ , in each case a power diode are electrically connected in anti-parallel, and with a control device, the output side with control terminals of the turn-off crugur ⁇ conductor is linked.
  • traction converters With traction drives, the aim is to keep the reactive power requirement of vehicles as small as possible. In addition, signal circuits and telecommunications connections must not be influenced by current distortions, which can occur especially in drive converters.
  • traction converters are equipped with a line-side pulse-controlled converter.
  • Such a network-side pulse-controlled converter of a traction converter which generates a required DC voltage from a single-phase mains voltage, is referred to as a four-quadrant controller.
  • the engines of the traction drive are powered by a load-side pulse-controlled inverter, which is supplied by the DC voltage.
  • ab ⁇ switchable power semiconductors are used with corresponding free-running diodes. These freewheeling diodes are examdio ⁇ den, which are each electrically connected in anti-parallel to the corresponding power semiconductors.
  • Power semiconductors and associated power diodes are usually arranged in a power semiconductor module. For example, insulated gate bipolar transistors (IGBT) are used as turn-off power semiconductors. As power diodes are Pin diodes used because occurring reverse voltages are greater than 100V.
  • IGBT insulated gate bipolar transistors
  • pin diodes have a forward voltage of about 2V.
  • the forward voltage is higher, typically 4V.
  • the passage from the passband to the stopband is not instantaneous in the case of the pin diode since the charge stored in the pn junction must first be removed. The time required for this is the storage time, which is the greater, the greater the forward current before the transition was. For power diodes, this storage time is in the ⁇ sec. Range.
  • the power diodes are the greater part of the time and the power semiconductors carry the smaller part of the time in relation to the motor-side pulse-controlled inverter. This leads to overloading of the power diodes with well-utilized power semiconductors. This problem has been solved by using power semiconductor modules having an enlarged diode chip area.
  • controllable diodes are well-known. These controllable diodes, which are also referred to as emitter-controlled diode (ECD), can assume one of two states by means of a control signal. In one state, the stored charge is very high and the forward voltage is very low, whereas in the other state the stored charge corresponds to a rapidly switching diode and the forward voltage is higher. The first-mentioned state is reached as soon as a control signal present at the control terminal of the diode is low. If the level of this control signal changes from low to high, the diode changes to the state with a low storage charge.
  • the invention is based on the object of improving a known traction converter with a network-side four-quadrant controller in such a way that power semiconductor modules with an enlarged diode chip area are no longer needed.
  • controllable diodes are used as freewheeling diodes which are connected on the control side to a corresponding diode control device which is connected on the input side with control outputs of a control device for the turn-off power semiconductors of the active input converter.
  • These controllable diodes are triggered in such a way that they are brought into the state of low forward voltage when a current is drawn through the diode or the antiparallel turn-off power semiconductor.
  • a controllable diode is brought just before an electrically in-line ab ⁇ switchable power semiconductor is turned on. This significantly improves the ampacity of the power diode without degrading its reverse recovery behavior.
  • the known traction converter according to FIG. 1 has a four-quadrant controller 2 on the supply side and a self-commutated pulse-controlled converter 4 on the load side, these two converters 2 and 4 being coupled on the DC side by means of a DC intermediate circuit.
  • DC link DC is only a DC link capacitor C z ⁇ illustrated for clarity.
  • an alternator 6 is connected.
  • the four-quadrant positioner 2 is electrically connected to the AC side by means of a traction transformer 8 with a contact wire 10.
  • the secondary winding 12 of this traction transformer 8 is in each case electrically conductively connected to an AC voltage connection 14 or 16 of this four-quadrant controller 2.
  • a single-phase mains voltage u N is converted into a predetermined intermediate circuit voltage U z ⁇ , from which a voltage system adapted to the needs of the alternating current machine 6, for example a variable voltage and frequency rotary voltage system, is generated.
  • current converter valves of the self-commutated pulse converter 4 and power converter valves of the four-quadrant controller 2 are in each case disconnectable power semiconductors Tl to T6 and T7 to T10, in particular insulated gate bipolar transistors (IGBT). used.
  • IGBT insulated gate bipolar transistors
  • Each turn-off exam ⁇ semiconductor Tl to T6 or T7 to TlO is a power diode Dl to D6 or D7 to DlO electrically connected in anti-parallel.
  • Freewheeling diode Commercially available power semiconductor modules already have an internal freewheeling diode. Thereby have to no power diodes are wired separately. Thus, the illustrated power semiconductors T1 to T1O each form a module with a corresponding power diode D1 to D1O.
  • Power semiconductors Tl to T6 mainly lead a load current in the motor operation of the pulse converter 4. This agrees with the performance of the diodes D1 to D6 and the power semiconductors T1 to T6 of the power semiconductor modules.
  • the diodes D7 to D10 are predominantly current-carrying (generator operation). So that power semiconductor modules can also be used, power semiconductor modules with enlarged diode chip areas must be used.
  • a control device 14 is provided which is supplied with the single-phase mains voltage u N.
  • a control device 14 for example, a microcontroller may be provided, which is housed in a control and regulating device of the traction converter.
  • FIG 2 an embodiment of a traction converter according to the invention is illustrated schematically.
  • this eliminateds ⁇ invention differs in that instead of the power diodes D7 to DlO now controllable power diodes Dil to D14 and a Dioden ⁇ control device 20 are provided.
  • this diode control device 20 is connected in each case to a control input G11 to G14 of the controllable diodes D 1 to D 14 and to the input side in each case to an output of the control device 18, to which the control signals S 7 to S 0 are applied for the triggering.
  • switchable power semiconductors T7 to T10 of the four-quadrant controller 2 are present.
  • the control signals Sil to S14 for the controllable diodes Dil to D14 are generated depending on the control signals S7 to SlO. For this reason, it is advantageous if the diode control device 20 is integrated in the control device 18. However, this diode control device 20 can also be divided so that each controllable power diode Dil to D14 is assigned a diode control device. It is also possible to divide this diode control device 20 so that each bridge branch with the turn-off power semiconductors T7, T8 or T9, T10 with the associated controllable power diodes Dil, D12 or D13, D14 is assigned a Dio ⁇ denêt bones. In these mentioned divisions of the diode control device 20, it is advantageous if these diode control devices are each attached directly to the module.
  • these diodes D 1 to D 14 are actuated in such a way that they are applied in the low forward voltage state when a current flows through the diodes D 1 to D 14 or the antiparallel power semiconductors T 7 to T 10. This can be done, for example, most simply by bringing the diode D11 or D12 or D13 or D14 into the state of low forward voltage whenever the turn-off power semiconductor 50, which can be switched off in antiparallel, is T7 or T8 or T9 or T9 or T9. TlO is turned on.
  • a controllable diode Dil or D12 or D13 or D14 Shortly before an opposite turn-off power semiconductor T8 or T10 or T7 or T9 is to be switched on, a controllable diode Dil or D12 or D13 or D14 from the state of low forward voltage to the state of low storage charge (reverse recovery charge) controlled.
  • controllable diodes D 1 to D 4 as freewheeling diodes of the turn-off power semiconductors T 7 to T 10 of the four-quadrant controller 2 of the traction converter increases the current-carrying capacity of the freewheeling diodes. over an embodiment with pin diodes. As a result, safe operation of this traction converter is possible without having to use power semiconductor modules with enlarged diode chip areas.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Traktionsstromrichter mit einem netzseitigen Vierquadrantensteller (2), der als Stromrichterventile abschaltbare Leistungshalbleiter (T7 bis TlO) aufweist, denen jeweils eine Leistungsdiode (D7 bis DlO) elektrisch antiparallel geschaltet sind, und mit einer Regeleinrichtung (18), die ausgangsseitig mit Steueranschlüssen der abschaltbaren Leistungshalbleiter (T7...,T1O) verknüpft ist. Erfindungsgemäss ist jeweils als Leistungsdiode eine steuerbare Leistungsdiode (Dil bis D14) vorgesehen, die steuerungsseitig mit einer korrespondierenden Diodensteuereinrichtung (20) verbunden sind, die eingangsseitig mit Steuerausgängen der Regeleinrichtung (18) verknüpft sind. Somit ist der sichere Betrieb eines Vierquadrantenstellers (2) eines Traktionsstromrichters möglich, ohne dass man Leistungshalbleitermodule mit vergrösserter Dioden-Chipfläche verwenden muss.

Description

Beschreibung
Traktionsstromrichter mit einem netzseitigen Vierquadranten- steller
Die Erfindung bezieht sich auf einen Traktionsstromrichter mit einem netzseitigen Vierquadrantensteller, der als Strom¬ richterventile abschaltbare Leistungshalbleiter aufweist, de¬ nen jeweils eine Leistungsdiode elektrisch antiparallel ge- schaltet sind, und mit einer Regeleinrichtung, die ausgangs- seitig mit Steueranschlüssen der abschaltbaren Leistungshalb¬ leiter verknüpft ist.
Bei Traktionsantrieben ist man bestrebt, den Blindleistungs- bedarf von Fahrzeugen so klein wie möglich zu halten. Darüber hinaus dürfen Signalkreise und Fernmeldeverbindungen nicht durch Stromverzerrungen beeinflusst werden, wie sie besonders bei Stromrichterantrieben auftreten können. Um eine möglichst große Netzfreundlichkeit zu erhalten, werden Traktionsstrom- richter mit einem netzseitigen Pulsstromrichter ausgestattet. Ein derartiger netzseitiger Pulsstromrichter eines Traktions¬ stromrichters, der aus einer einphasigen Netzspannung, eine geforderte Gleichspannung generiert, wird als Vierquadranten¬ steller bezeichnet. Die Speisung der Motoren des Traktionsan- triebs erfolgt über einen lastseitigen Pulswechselrichter, der von der Gleichspannung gespeist wird.
Als Stromrichterventile des Vierquadrantenstellers werden ab¬ schaltbare Leistungshalbleiter mit korrespondierenden Frei- laufdioden verwendet. Diese Freilaufdioden sind Leistungsdio¬ den, die jeweils elektrisch antiparallel zum korrespondieren¬ den Leistungshalbleiter geschaltet sind. Leistungshalbleiter und zugehörige Leistungsdioden sind üblicherweise in einem Leistungshalbleitermodul angeordnet. Als abschaltbare Leis- tungshalbleiter werden beispielsweise Insulated-Gate-Bipolar- Transistoren (IGBT) verwendet. Als Leistungsdioden werden pin-Dioden verwendet, da auftretende Sperrspannungen größer 100V sind.
Diese pin-Dioden weisen eine Durchlassspannung von etwa 2V auf. Bei höher sperrenden pin-Dioden liegt die Durchlassspan¬ nung höher, typisch sind 4V. Der Übergang von Durchlass- in den Sperrbereich erfolgt bei der pin-Diode nicht momentan, da zunächst die im pn-Übergang gespeicherte Ladung abgebaut wer¬ den muss. Die dazu benötigte Zeit ist die Speicherzeit, die um so größer ist, je größer der Durchlassstrom vor dem Über¬ gang war. Bei Leistungsdioden liegt diese Speicherzeit im μsec.-Bereich.
Bei den Betrieb des Vierquadrantenstellers sind gegenüber dem motorseitigen Pulswechselrichter die Leistungsdioden den grö¬ ßeren Teil der Zeit und die Leistungshalbleiter den kleineren Teil der Zeit stromführend. Dies führt zu einer Überlastung der Leistungsdioden bei gut ausgenutzten Leistungshalblei¬ tern. Dieses Problem wurde bisher dadurch gelöst, dass Leis- tungshalbleitermodule mit vergrößerter Dioden-Chipfläche ein¬ gesetzt wurden.
Aus der Veröffentlichung mit dem Titel: "Power Diodes with Active Control of Emitter Efficiency" von Dirk Drücke und Dieter Silber, sind steuerbare Dioden bekannt. Diese steuer¬ baren Dioden, die auch als Emitter Controlled Diode (ECD) be¬ zeichnet werden, können mittels eines Steuersignals einen von zwei Zuständen annehmen. In einem Zustand ist die gespeicher¬ te Ladung sehr hoch und die Durchlassspannung sehr niedrig, wobei im anderen Zustand die gespeicherte Ladung einer schnell schaltenden Diode entspricht und die Durchlassspan¬ nung höher ist. Der erstgenannte Zustand wird erreicht, so¬ bald ein am Steueranschluss der Diode anstehendes Steuersig¬ nal low ist. Wechselt der Pegel dieses Steuersignals von low nach high, so wechselt die Diode in den Zustand mit niedriger Speicherladung. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen bekannten Traktionsstromrichter mit einem netzseitigen Vierquadranten- steller derart zu verbessern, dass Leistungshalbleitermodule mit vergrößerten Dioden-Chipfläche nicht mehr benötigt wer- den.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An¬ spruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß werden beim Vierquadrantensteller des Trak¬ tionsstromrichters als Freilaufdioden steuerbare Dioden ver¬ wendet, die steuerungsseitig mit einer korrespondierenden Di¬ odensteuereinrichtung verbunden sind, die eingangsseitig mit Steuerausgängen einer Regeleinrichtung für die abschaltbaren Leistungshalbleiter des aktiven Eingangsstromrichters ver¬ knüpft sind. Diese steuerbaren Dioden werden derart angesteu¬ ert, dass diese in den Zustand niedriger Durchlassspannung gebracht werden, wenn ein Strom durch die Diode oder den an¬ tiparallelen abschaltbaren Leistungshalbleiter ließt. In den Zustand niedriger Speicherladung wird eine steuerbare Diode gebracht, kurz bevor ein elektrisch in Reihe liegender ab¬ schaltbarer Leistungshalbleiter eingeschaltet wird. Dadurch wird die Stromtragfähigkeit der Leistungsdiode wesentlich verbessert, ohne dabei ihr Reverse Recovery Verhalten zu ver- schlechtem.
Somit ist der sichere Betrieb eines Vierquadrantenstellers eines Traktionsstromrichters möglich, ohne dass man Leis¬ tungshalbleitermodule mit vergrößerter Dioden-Chipfläche ver- wenden muss.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform eines erfindungs¬ gemäßen Traktionsstromrichters schematisch veranschaulicht ist. FIG 1 zeigt eine bekannte Ausführungsform eines Traktions¬ stromrichters, wobei in der
FIG 2 eine erfindungsgemäße Ausführungsform dieses Traktions¬ stromrichters veranschaulicht ist.
Der bekannte Traktionsstromrichter gemäß FIG 1 weist netzsei- tig einen Vierquadrantensteller 2 und lastseitig einen selbstgeführten Pulsstromrichter 4 auf, wobei diese beiden Stromrichter 2 und 4 gleichspannungsseitig mittels eines Gleichspannungs-Zwischenkreises verkoppelt sind. Vom
Gleichspannungs-Zwischenkreis ist wegen der Übersichtlichkeit nur ein Zwischenkreiskondensator Czκ veranschaulicht. An den Ausgängen des selbstgeführten Pulsstromrichters 4 ist eine Wechselstrommaschine 6 angeschlossen. Der Vierquadrantenstel- ler 2 ist wechselspannungsseitig mittels eines Traktions¬ transformators 8 mit einem Fahrdraht 10 elektrisch leitend verbunden. Die Sekundärwicklung 12 dieses Traktionstransfor¬ mators 8 ist jeweils mit einem Wechselspannungsanschluss 14 bzw. 16 dieses Vierquadrantenstellers 2 elektrisch leitend verbunden. Mittels diesem Vierquadrantenstellers 2 wird eine einphasige Netzspannung uN in eine vorbestimmte Zwischen- kreisspannung Uzκ umgeformt, aus der dann ein an die Bedürf¬ nisse der Wechselstrommaschine 6 angepasstes Spannungssystem, beispielsweise ein Drehspannungssystem variabler Amplitude und Frequenz, generiert wird.
In dieser bekannten Ausführungsform des Traktionsstromrich¬ ters werden als Stromrichterventile des selbstgeführten Puls¬ stromrichters 4 und als Stromrichterventile des Vierquadran- tenstellers 2 jeweils abschaltbare Leistungshalbleiter Tl bis T6 und T7 bis TlO, insbesondere Insulated-Gate-Bipolar-Tran- sistoren (IGBT), verwendet. Jedem abschaltbaren Leistungs¬ halbleiter Tl bis T6 bzw. T7 bis TlO ist eine Leistungsdiode Dl bis D6 bzw. D7 bis DlO elektrisch antiparallel geschaltet. Diese Dioden Dl bis D6 bzw. D7 bis DlO bilden jeweils eine
Freilaufdiode. Handelsübliche Leistungshalbleitermodule wei¬ sen bereits eine interne Freilaufdiode auf. Dadurch müssen keine Leistungsdioden separat verdrahtet werden. Somit bilden die dargestellten Leistungshalbleiter Tl bis TlO jeweils mit einer korrespondierenden Leistungsdiode Dl bis DlO jeweils ein Modul .
Die für die Umrichterauslegung relevante Leistungsflussrich¬ tung ist vom speisenden Netz über den Traktionstransformator 8, den Vierquadrantensteller 2 und den selbstgeführten Puls¬ stromrichter 4 zur Drehstrommaschine 6. Im selbstgeführten Pulsstromrichter 4 führt dies dazu, dass die abschaltbaren
Leistungshalbleiter Tl bis T6 überwiegend einen Laststrom im motorischen Betrieb des Pulsstromrichters 4 führen. Dies stimmt mit der Leistungsfähigkeit der Dioden Dl bis D6 und der Leistungshalbleiter Tl bis T6 der Leistungshalbleitermo- dule überein. Im Vierquadrantensteller 2 sind demgegenüber die Dioden D7 bis DlO überwiegend stromführend (generatori¬ scher Betrieb) . Damit ebenfalls Leistungshalbleitermodule verwendet werden können, müssen Leistungshalbleitermodule mit vergrößerten Dioden-Chipflächen eingesetzt werden. Zur Steue- rung der Leistungshalbleitermodule des Vierquadrantenstellers 2 ist eine Regeleinrichtung 14 vorgesehen, der die einphasige Netzspannung uN zugeführt ist. Als Regeleinrichtung 14 kann beispielsweise ein MikroController vorgesehen sein, der in einer Steuer- und Regeleinrichtung des Traktionsstromrichters untergebracht ist.
In der FIG 2 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Traktionsstromrichters schematisch veranschaulicht. Gegenüber der Ausführungsform des bekannten Traktionsstromrichters nach FIG 1 unterscheidet sich diese erfindungsgemäße Ausführungs¬ form dadurch, dass anstelle der Leistungsdioden D7 bis DlO nun steuerbare Leistungsdioden Dil bis D14 und eine Dioden¬ steuereinrichtung 20 vorgesehen sind. Diese Diodensteuerein¬ richtung 20 ist ausgangsseitig jeweils mit einem Steuerein- gang GIl bis G14 der steuerbaren Dioden Dil bis D14 und ein- gangsseitig jeweils mit einem Ausgang der Regeleinrichtung 18 verknüpft, an denen die Steuersignale S7 bis SlO für die ab- schaltbaren Leistungshalbleiter T7 bis TlO des Vierquadran- tenstellers 2 anstehen. Mittels dieser Diodensteuereinrich¬ tung 20 werden abhängig von den Steuersignalen S7 bis SlO die Steuersignale Sil bis S14 für die steuerbaren Dioden Dil bis D14 generiert. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn die Diodensteuereinrichtung 20 in der Regeleinrichtung 18 integ¬ riert ist. Diese Diodensteuereinrichtung 20 kann jedoch auch so aufgeteilt sein, dass jeder steuerbaren Leistungsdiode Dil bis D14 eine Diodensteuereinrichtung zugeordnet ist. Eben- falls ist es möglich, diese Diodensteuereinrichtung 20 so aufzuteilen, dass jedem Brückenzweig mit den abschaltbaren Leistungshalbleiter T7, T8 bzw. T9, TlO mit den zugehörigen steuerbaren Leistungsdioden Dil, D12 bzw. D13, D14 eine Dio¬ densteuereinrichtung zugeordnet ist. Bei diesen genannten Aufteilungen der Diodensteuereinrichtung 20 ist es vorteil¬ haft, wenn diese Diodensteuereinrichtung jeweils direkt am Modul angebracht werden.
Erfindungsgemäß werden diese Dioden Dil bis D14 so angesteu- ert, dass sie im Zustand mit niedriger Durchlassspannung ge¬ bracht werden, wenn ein Strom durch die Dioden Dil bis D14 oder den antiparallelen Leistungshalbleitern T7 bis TlO fließt. Dies kann beispielsweise am einfachsten dadurch ge¬ schehen, dass die Diode Dil bzw. D12 bzw. D13 bzw. D14 immer dann in den Zustand niedriger Durchlassspannung gebracht wird, wenn der antiparallel liegende abschaltbare Leistungs¬ halbleiter T7 bzw. T8 bzw. T9 bzw. TlO eingeschaltet ist. Kurz bevor ein gegenüberliegender abschaltbarer Leistungs¬ halbleiter T8 bzw. TlO bzw. T7 bzw. T9 eingeschaltet werden soll, wird eine steuerbare Diode Dil bzw. D12 bzw. D13 bzw. D14 vom Zustand niedriger Durchlassspannung in den Zustand niedriger Speicherladung (Reverse Recovery Ladung) gesteuert.
Durch die Verwendung der steuerbaren Dioden Dil bis Dl4 als Freilaufdioden der abschaltbaren Leistungshalbleiter T7 bis TlO des Vierquadrantenstellers 2 des Traktionsstromrichters erhöht sich die Stromtragfähigkeit der Freilaufdioden gegen- über einer Ausführungsform mit pin-Dioden. Dadurch ist ein sicherer Betrieb dieses Traktionsstromrichters möglich, ohne dass Leistungshalbleitermodule mit vergrößerten Dioden- Chipflächen verwendet werden müssen.

Claims

Patentansprüche
1. Traktionsstromrichter mit einem netzseitigen Vierquadran- tensteller (2), der als Stromrichterventile abschaltbare Leistungshalbleiter (T7 bis TlO) aufweist, denen jeweils eine Leistungsdiode (D7 bis DlO) elektrisch antiparallel geschal¬ tet sind, und mit einer Regeleinrichtung (18) die ausgangs- seitig mit Steueranschlüssen der abschaltbaren Leistungshalb¬ leiter (T7...,T1O) verknüpft ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils als Leistungsdiode eine steuerbare Leistungsdio¬ de (Dil bis D14) vorgesehen ist, die steuerungsseitig mit ei¬ ner korrespondierenden Diodensteuereinrichtung (20) verbunden sind, die eingangsseitig mit Steuerausgängen der Regelein¬ richtung (18) verknüpft sind.
2. Traktionsstromrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vierquadrantensteller (2) wechselspannungsseitig mit einer Sekundärwicklung (12) eines Traktionstransformators (8) verknüpft ist.
3. Traktionsstromrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein abschaltbarer Leistungshalb¬ leiter (T7,...,T1O) und eine korrespondierende steuerbare Di¬ ode (Dil, ... , D14) in einem Modul integriert sind.
4. Traktionsstromrichter nach einem der vorgenannten Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (18) und die Diodensteuereinrichtung (20) eine Baueinheit bilden.
5. Traktionsstromrichter nach einem der vorgenannten Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass als abschaltbarer Leis¬ tungshalbleiter (T7,...,T1O) ein Insulated-Gate-Bipolar- Transistor vorgesehen ist.
6. Verfahren zur Steuerung steuerbare Dioden eines Vierquad- rantenstellers (2) eines Traktionsstromrichters, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass eine steuerbare Diode genau dann in einem Zustand niedriger Durchlassspannung gebracht wird, wenn ein korrespondierender abschaltbarer Leistungshalbleiter
(T7, ...,T1O) des Vierquadrantensteller (2) eingeschaltet wird, und dass diese steuerbare Diode (Dil, ... ,D14) genau dann in den Zustand niedriger Speicherladung versetzt wird, kurz bevor ein im Brückenzweig dieses Vierquadrantenstellers (2) gegenüberliegender abschaltbarer Leistungshalbleiter (T7, ...,T1O) eingeschaltet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersignale (Sn, ... , Si4) der steuerbaren Dioden (Dil, ... ,D14) in Abhängigkeit der
Steuersignale (S7,... ,Si0) der abschaltbaren Leistungshalblei¬ ter (T7,...,T1O) generiert werden.
EP05763985A 2004-07-23 2005-07-20 Traktionsstromrichter mit einem netzseitigen vierquadrantensteller Withdrawn EP1771936A1 (de)

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