FR2858132A1

FR2858132A1 - Partial defective converter short-circuiting process, involves branching, in case of failure, circuit-breakers with semi-conductor of partial defective converter during short duration for circuit breakers to be permanently busy

Info

Publication number: FR2858132A1
Application number: FR0408167A
Authority: FR
Inventors: Martin Glinka
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-07-24
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2005-01-28
Anticipated expiration: 2024-07-23
Also published as: FR2858132B1; DE10333798B4; DE10333798A1

Abstract

The process involves branching, in case of failure, circuit-breakers with semi-conductor of a partial defective converter during a short duration for the circuit breakers to be permanently busy. On state is obtained by increasing gate-emitter voltage of the circuit-breakers, and by rapidly connecting the circuit breakers. The circuit breakers disconnect for a high current.

Description

PROCÉDÉ POUR COURT-CIRCUITER UN CONVERTISSEUR PARTIEL DÉFECTUEUXMETHOD FOR SHORT-CIRCUITING DEFECTIVE PARTIAL CONVERTER

L'invention concerne un procédé pour court-circuiter un 5 convertisseur partiel défectueux, qui est constitué comme un convertisseur de circuit intermédiaire de tension, qui est connecté à au moins un condenseur de circuit intermédiaire interne servant d'accumulateur d'énergie, dans un circuit série de convertisseurs partiels côté tension alternative ou tension continue. Par le court-circuit, on cherche à rendre possible un circuit série 10 redondant de convertisseurs partiels qui peuvent être réalisés en convertisseurs à deux ou plusieurs points. The invention relates to a method for short-circuiting a defective partial converter, which is constituted as a voltage intermediate circuit converter, which is connected to at least one internal intermediate circuit condenser serving as an energy accumulator, in a series circuit of partial converters AC voltage side or DC voltage. By the short-circuit, it is sought to make possible a redundant serial circuit 10 of partial converters which can be made as converters at two or more points.

Dans la topologie des convertisseurs ayant des disjoncteurs à semiconducteur branchés en série, le fonctionnement à vide d'une seule valve à semi-conductedr peut mettre hors service toute une branche de 15 convertisseurs. De même, pour des convertisseurs comportant des convertisseurs partiels montés en série, le fonctionnement à vide d'une seule valve à semi-conducteur peut limiter considérablement, sinon même empêcher, la continuation du fonctionnement du convertisseur. In the topology of converters having series-connected semiconductor circuit breakers, the idle operation of a single semi-controlled valve can disable a whole branch of converters. Likewise, for converters having series-connected partial converters, the idle operation of a single semiconductor valve can greatly limit, if not prevent, the continued operation of the converter.

Des convertisseurs de ce genre consistent, par exemple, en un 20 circuit en pont comportant des branches de pont constituées d'un circuit série d'un nombre quelconque de bipôles (sous-modules), les bipôles comportant en divers états de commutation pouvant être commandés une tension aux bornes différente. La sortie de pont est reliée à un transformateur de fréquence moyenne. Les sous-modules ont un circuit intermédiaire de tension 25 interne comportant un accumulateur d'énergie (condensateur) et sont constitués de manière que leur tension aux bornes puisse prendre une valeur positive ou négative indépendamment de la direction de courant. Par les submodules, on réalise des tensions en escalier aussi bien du côté du réseau que du côté de la fréquence moyenne. Il peut être prévu, de plus, un état de 30 court-circuit. Converters of this type consist, for example, in a bridge circuit comprising bridge branches consisting of a series circuit of any number of bipoles (submodules), the bipoles comprising in various switching states that can be controlled a different terminal voltage. The bridge output is connected to a medium frequency transformer. The submodules have an internal voltage intermediate circuit including an energy store (capacitor) and are so constituted that their terminal voltage can assume a positive or negative value independently of the current direction. By submodules, step voltages are realized both on the side of the network and on the side of the average frequency. In addition, a short circuit condition can be provided.

Pour que des convertisseurs comportant de nombreux convertisseurs partiels montés en série puissent fonctionner de manière redondante, on doit s'assurer qu'un convertisseur partiel défectueux est courtcircuité durablement à ses bornes. In order for converters having many series-connected partial converters to operate redundantly, it must be ensured that a defective partial converter is short-circuited sustainably across its terminals.

On connaît par Schibli/Rufer, Single- and three-phase multilevel converters for traction systems 50 Hs/16 2/3 Hz, Proceedings, 7th European Conference on Power Electronics Applications (EPE), 1997, vol. 4, pages 210 à 215, une solution pour un système de traction par laquelle une séparation galvanique des moteurs et du fil de contact est effectuée en utilisant une pluralité de transformateurs de fréquence moyenne individuels. Les 5 transformateurs de fréquence moyenne sont associés respectivement à des convertisseurs partiels montés en série. Côté réseau, il y a un circuit série de groupe de convertisseurs partiels qui produisent, en somme, une tension en escalier. Chacun de ces groupes de convertisseurs partiels comporte un dispositif de réglage à quatre cadrans côté réseau, un premier condensateur 10 de tension continue, un onduleur de fréquence moyenne côté primaire, un transformateur de fréquence moyenne, un redresseur de fréquence moyenne côté secondaire et un second condensateur de tension continue. Pour produire la redondance, il est proposé un court-circuiteur mécanique du côté du réseau en parallèle aux convertisseurs partiels associés. Schibli / Rufer, Single-and three-phase multilevel converters for traction systems 50 Hs / 16 2/3 Hz, Proceedings, 7th European Conference on Power Electronics Applications (EPE), 1997, vol. 4, pages 210-215, a solution for a traction system whereby galvanic separation of the motors and the contact wire is performed using a plurality of individual medium frequency transformers. The 5 medium frequency transformers are respectively associated with partial converters connected in series. On the network side, there is a series circuit of partial converters that produce, in short, a step voltage. Each of these groups of partial converters comprises a four-sided dial-setting device, a first DC voltage capacitor, a primary-frequency medium-frequency inverter, a medium-frequency transformer, a secondary-side medium frequency rectifier and a second one. DC voltage capacitor. To produce redundancy, there is provided a mechanical short-circuiter on the side of the network in parallel with the associated partial converters.

Dès qu'un convertisseur partiel est défectueux, le court-circuiteur est fermé et assure ainsi le court-circuit entre les points de raccordement. As soon as a partial converter is defective, the short-circuiter is closed and thus ensures the short circuit between the connection points.

Mais cela est une variante complexe si l'on pense que le courtcircuiteur mécanique nécessite une alimentation en courant à haute tension. But this is a complex variant if it is believed that the mechanical short circuit requires a high voltage power supply.

De plus, ces court-circuiteurs doivent être plus souvent entretenus en raison 20 de leur mécanique. In addition, these short-circuiters must be maintained more often because of their mechanics.

Dans le circuit série de plusieurs commutateurs à semi-conducteur, une méthode aujourd'hui usuelle pour obtenir une structure redondante est la mise en contact par pression de la puce de semi-conducteur des valves. Il est garanti par le contact par pression que la valve à semi-conducteur 25 défectueuse se trouve en court-circuit. Plusieurs thyristors de réseau sont montés ainsi en série, par exemple dans des installations de transport de courant continu à haute tension. In the series circuit of several semiconductor switches, a common method today for obtaining a redundant structure is the pressure contact of the semiconductor chip of the valves. It is guaranteed by the pressure contact that the defective semiconductor valve is short circuited. Several network thyristors are thus connected in series, for example in high voltage direct current transport installations.

La mise en contact par pression de semi-conducteurs de puissance représente cependant, comparée à la technique modulaire comportant une 30 mise en contact par fil de bonding, une alternative complexe et onéreuse. However, the pressure contact of power semiconductors is, compared to the modular technique involving contacting by bonding wire, a complex and expensive alternative.

Cela est valable, notamment, pour des densités de courant et de tension plus petites que dans les installations actuelles de transport de courant continu à haute tension qui comportent des puissances typiques de 100 à 800 MW. This is true, in particular, for smaller current and voltage densities than in current high voltage direct current transport installations which have typical powers of 100 to 800 MW.

L'invention vise à indiquer, pour des convertisseurs partiels 35 branchés en série côté tension continue ou alternative, comportant un circuit intermédiaire de tension interne, un procédé par lequel on obtient un court- circuit d'un convertisseur partiel sans mise en contact par pression dans les commutateurs à semi-conducteur et sans dispositif de commutation mécanique. The aim of the invention is to indicate, for partial converters connected in series on the DC or AC voltage side, comprising an internal voltage intermediate circuit, a method by which a short-circuit of a partial converter is obtained without putting it into pressure contact. in semiconductor switches and without mechanical switching device.

Les convertisseurs partiels doivent, en cas de panne de la 5 commande d'un seul commutateur à semi-conducteur dans un convertisseur partiel ou en cas de panne d'une valve à semi-conducteur interne avec courtcircuit qui s'ensuit du circuit intermédiaire de tension (condensateur de stockage), provoquer de manière sure un court-circuit durable aux bornes du convertisseur partiel. Partial converters must, in the event of failure of the control of a single semiconductor switch in a partial converter or in the event of failure of an internal semiconductor valve with short-circuit which follows from the intermediate circuit of voltage (storage capacitor), surely cause a permanent short circuit across the partial converter.

L'objet de l'invention est un procédé pour court-circuiter un convertisseur partiel défectueux, qui est constitué comme un convertisseur de circuit intermédiaire de tension, qui est connecté à au moins un condenseur de circuit intermédiaire interne servant d'accumulateur d'énergie, dans un circuit série de convertisseur partiel, caractérisé en ce que, en cas de panne, 15 tous les disjoncteurs à semi- conducteur du convertisseur partiel sont branchés, au moins pendant une brève durée, de manière à être durablement passants. The object of the invention is a method for short-circuiting a defective partial converter, which is constituted as a voltage intermediate circuit converter, which is connected to at least one internal intermediate circuit condenser serving as energy accumulator. in a partial converter series circuit, characterized in that, in the event of failure, all semiconductor circuit-breakers of the partial converter are connected, at least for a short time, so as to be permanently on.

Dans un mode de réalisation avantageux, on obtient l'état passant en augmentant la tension grille-émetteur des disjoncteurs à semi-conducteur. 20 Dans un mode de réalisation avantageux, on obtient l'état passant en connectant les disjoncteurs à semi-conducteur en ayant ensuite une déconnexion rapide pour un courant élevé. Dans un mode de réalisation avantageux, on obtient l'état passant par un branchement extrêmement rapide des disjoncteurs à semi-conducteur. Dans un mode de réalisation 25 avantageux, la connexion et la déconnexion s'effectuent plusieurs fois. Dans un mode de réalisation avantageux, les disjoncteurs à semiconducteur sont commandés par un circuit de reconnaissance de du/dt qui est disposé en parallèle au condensateur de circuit intermédiaire. Dans un mode de réalisation avantageux, les disjoncteurs à semi-conducteur sont commandés 30 par un circuit de reconnaissance de di/dt qui est monté en parallèle à une inductance de fuite du convertisseur partiel. In an advantageous embodiment, the on state is obtained by increasing the gate-emitter voltage of the semiconductor circuit breakers. In an advantageous embodiment, the on state is obtained by connecting the semiconductor circuit breakers and then having a fast disconnect for a high current. In an advantageous embodiment, the passing state is obtained by an extremely fast connection of the semiconductor circuit breakers. In an advantageous embodiment, the connection and the disconnection take place several times. In an advantageous embodiment, the semiconductor circuit breakers are controlled by a du / dt recognition circuit which is arranged in parallel with the intermediate circuit capacitor. In an advantageous embodiment, the semiconductor circuit breakers are controlled by a di / dt recognition circuit which is connected in parallel with a partial converter leakage inductance.

On obtient un court-circuit durable entre les bornes d'un convertisseur partiel après l'apparition d'une défectuosité par le moyen suivant: a) Production d'une voie de court-circuit côté tension continue, qui est parallèle au condensateur ou aux condensateurs de circuit intermédiaire, par connexion et mise à l'état passant de tous les commutateurs à semiconducteur du convertisseur partiel. A durable short circuit is obtained between the terminals of a partial converter after the occurrence of a fault by the following means: a) Generation of a DC-side short-circuit path, which is parallel to the capacitor or intermediate circuit capacitors, by connecting and turning on all the semiconductor switches of the partial converter.

b) Utilisation de la fonction de redressement des diodes de la partie de puissance ainsi que de la voie de court-circuit côté tension continue pour la 5 formation d'un court-circuit du côté de tension alternative du convertisseur partiel. b) Use of the diode rectifying function of the power section as well as the DC voltage side short circuit path for forming a short circuit on the AC side of the partial converter.

Le procédé satisfait le point a) à l'aide de commutateurs à semiconducteur à l'état passant qui produisent une voie de court-circuit en parallèle au condensateur de circuit intermédiaire. Le point a) satisfait, il existe 10 alors sur la base de b) une voie de court-circuit du côté de tension alternative qui peut être chargée en les courants normaux de fonctionnement. The method satisfies the point a) using on-state semiconductor switches that produce a short circuit path in parallel with the intermediate circuit capacitor. The point a) is satisfied, there then exists on the basis of b) a short-circuit path on the AC voltage side which can be charged in the normal operating currents.

Après la connexion des commutateurs à semi-conducteur d'un convertisseur partiel, le courant de défaut augmente en l'espace de la première microseconde dans le composant défectueux et aussi dans tous les 15 autres commutateurs à semi-conducteur, pour l'utilisation de IGBT, par exemple à environ cinq fois le courant nominal. Les propriétés de désaturation des commutateurs à semi-conducteur limitent le courant pour un certain laps de temps, pour les IGBT pour plus de 10 microsecondes. Pour la production visée de la voie de court-circuit, il est important que le courant de court-circuit 20 passe à l'aide de cette désaturation maintenant par presque tous les commutateurs à semi-conducteur du convertisseur partiel. Sont exclues éventuellement des puces d'IGBT qui sont branchées en parallèle au composant défectueux. After connecting the semiconductor switches of a partial converter, the fault current increases in the space of the first microsecond in the faulty component and also in all other semiconductor switches, for the use of IGBT, for example at about five times the rated current. The desaturation properties of semiconductor switches limit the current for a certain period of time, for IGBTs for more than 10 microseconds. For the intended production of the short-circuit path, it is important that the short-circuit current 20 passes through this desaturation now by almost all the semiconductor switches of the partial converter. It is possible to exclude IGBT chips which are connected in parallel to the defective component.

On peut obtenir un passage à l'état passant de tous les 25 commutateurs à semi-conducteur guidant du courant à l'aide de divers procédés: 1. Suppression de la propriété de désaturation de tous les commutateurs à semi-conducteur par augmentation de la tension grilleémetteur au-delà de la valeur normale. Après quoi, le courant dans les 30 commutateurs à semiconducteur augmente jusqu'à ce qu'ils soient passants en raison de la charge thermique. The on-going transition of all current conducting semiconductor switches can be accomplished by a variety of methods: 1. Deletion of the desaturation property of all semiconductor switches by increasing the current. voltage transmitter transmitter beyond the normal value. After that, the current in the semiconductor switches increases until they are on due to the thermal load.

2. Augmentation extrême de la tension grille-émetteur pour tous les commutateurs à semi-conducteur, si bien que cela provoque la rupture grilleémetteur au moins pour la majorité des puces. En raison d'une rupture grille35 émetteur (dans des composants à semi-conducteurs commandés MOS, la couche d'oxyde entre la grille et l'émetteur y est détruite), il en résulte un court-circuit entre l'émetteur et le collecteur, si bien que les commutateurs à semi-conducteur sont durablement passants. 2. Extreme increase of the gate-emitter voltage for all the semiconductor switches, so that it causes the grid-emitter break for at least the majority of the chips. Due to a transmitter gate break (in MOS-controlled semiconductor components, the oxide layer between the gate and the transmitter is destroyed), this results in a short circuit between the emitter and the collector so that the semiconductor switches are permanently on.

3. Par une déconnexion extrêmement rapide de tous les commutateurs (à courant élevé) à la suite de leur branchement, on peut 5 obtenir aussi un état passant des puces en raison d'intensités de champ électrique interne trop grandes. 3. By extremely fast disconnection of all (high current) switches as a result of their connection, it is also possible to obtain a passing state of the chips due to excessive internal electric field strengths.

4. Connexion extrêmement rapide des commutateurs à semiconducteur avec passage à l'état passant qui suit. Par l'opération de connexion rapide, on détruit d'une manière ciblée les commutateurs à semi10 conducteur. 4. Extremely fast connection of semiconductor switches with on-state transition following. By the fast connection operation, the semiconductor switches are targetedly destroyed.

5. Par une combinaison des procédés, 1, 3 et 4, à savoir connexion et déconnexion répétées. 5. By a combination of methods, 1, 3 and 4, namely repeated connection and disconnection.

Tous les procédés décrits ont la propriété commune de mettre à l'état passant pour chaque module à semi-conducteur la pluralité des puces. 15 On obtient ainsi une voie de court-circuit durable et pouvant être chargée en le courant nominal. All the methods described have the common property of turning on the plurality of chips for each semiconductor module. This provides a durable short circuit path that can be charged at the rated current.

Si le court-circuit est apparu à l'aide de l'un des procédés décrits précédemment, il est alors garanti par la fonction de redresseur des diodes un court-circuit aussi du côté de tension alternative du convertisseur partiel. Cela 20 est valable pour des convertisseurs qui sont constitués au moins de deux demi-ponts. Cela est valable de manière restreinte aussi pour des soussystèmes comportant un demi-pont. If the short circuit has occurred using one of the methods described above, then the rectifier function of the diodes also guarantees a short-circuit also on the AC voltage side of the partial converter. This is valid for converters which consist of at least two half-bridges. This is also valid for subsystems with a half-bridge.

En cas de panne de la commande de commutateur à semiconducteur et donc de blocage d'un seul commutateur à semi-conducteur actif 25 à l'intérieur de son convertisseur partiel, on peut obtenir un court-circuit durable de ce convertisseur partiel à l'aide de l'invention de la manière suivante. Il faut distinguer dans ce cas le circuit série côté tension alternative et côté tension continue du convertisseur partiel: Dans le circuit série côté tension alternative, une panne de la 30 commande a pour conséquence que le convertisseur partiel règle une fausse tension de sortie. Cela peut être reconnu par la régulation de rang supérieur. In the event of failure of the semiconductor switch control and thus blocking of a single active semiconductor switch within its partial converter, a sustained short circuit of this partial converter can be achieved. using the invention as follows. In this case, it is necessary to distinguish the series circuit on the AC voltage side and DC voltage side of the partial converter: In the AC voltage side series circuit, a failure of the control causes the partial converter to set a false output voltage. This can be recognized by higher ranking regulation.

Après quoi, celle-ci bloque tous les commutateurs à semi-conducteur actifs du convertisseur partiel concerné, si bien qu'il n'y a plus que les diodes antiparallèles qui conduisent le courant alternatif. En raison de la fonction de 35 redresseur des diodes, le convertisseur partiel défectueux applique toujours la tension continue du côté de tension alternatif de la façon suivante: tension continue négative pour courant négatif et tension continue positive pour courant positif. Cette tension de défaut peut être compensée en un mode spécial de fonctionnement à l'aide de l'autre convertisseur partiel monté en série. Dans ce mode de fonctionnement, un courant alternatif est appliqué 5 dans la branche de redresseur concernée. Cela conduit à ce que le convertisseur partiel défectueux reçoit de l'énergie de manière durable. La tension du circuit intermédiaire de convertisseur augmente ainsi au-delà de la tension de fonctionnement nominale maximale. Les commutateurs à semiconducteur sont conçus de manière que leur tension de blocage n'est qu'un 10 peu au- dessus de la tension de fonctionnement nominal maximal du côté de tension continue. Ce composant à semi-conducteur est ainsi détruit dans le convertisseur partiel en raison des surtensions. Cela a pour conséquence à nouveau un court-circuit du condensateur de circuit intermédiaire et une mise à l'état passant durable qui suit du composant à semi-conducteur concerné. After this, it blocks all the active semiconductor switches of the partial converter concerned, so that there is more than the antiparallel diodes that conduct the alternating current. Due to the rectifier function of the diodes, the defective partial converter always applies the DC voltage on the AC voltage side as follows: Negative DC voltage for negative current and positive DC voltage for positive current. This fault voltage can be compensated for in a special operating mode by means of the other partial converter connected in series. In this mode of operation, an alternating current is applied in the relevant rectifier branch. This leads to the defective partial converter receiving energy in a durable manner. The voltage of the converter intermediate circuit thus increases beyond the maximum rated operating voltage. The semiconductor switches are designed so that their blocking voltage is only a little above the maximum nominal operating voltage of the DC voltage side. This semiconductor component is thus destroyed in the partial converter due to overvoltages. This again results in a short circuit of the intermediate circuit capacitor and a subsequent sustained on-state of the semiconductor component concerned.

Pour reconnaître une panne de la commande, il peut être prévu aussi un circuit de reconnaissance passif supplémentaire, par lequel un courtcircuit du circuit intermédiaire peut être initié par l'intermédiaire des commutateurs à semi-conducteur d'un sous-système. To recognize a failure of the control, an additional passive recognition circuit may also be provided by which a short circuit of the intermediate circuit can be initiated via the semiconductor switches of a subsystem.

Dans le circuit série du côté de tension continue, la régulation 20 reconnaît de manière analogue au circuit série du côté de tension alternative, le cas de panne et bloque tous les commutateurs à semiconducteur du convertisseur partiel défectueux. Ensuite, ce convertisseur partiel est chargé en un courant appliqué par le côté de tension continue ou aussi par le côté de tension alternative jusqu'à ce que des commutateurs à semi-conducteur 25 soient détruits en raison d'une surtension et soient ensuite passants. Il peut être prévu ici aussi, en variante, un circuit de reconnaissance passif. In the series circuit of the DC voltage side, the regulator 20 similarly recognizes the AC voltage side series circuit as the fault case and blocks all the semiconductor switches of the defective partial converter. Then, this partial converter is charged with a current applied by the DC voltage side or alternatively by the AC voltage side until semiconductor switches are destroyed due to an overvoltage and are then turned on. It can be provided here also, alternatively, a passive recognition circuit.

Par l'invention, on maintient la protection des diodes de la partie de puissance, par exemple du circuit à pont intégral, à l'abri de la destruction. By the invention, the protection of the diodes of the power section, for example of the full-bridge circuit, is protected from destruction.

Sont exclues des puces à diode individuelles, si elles ont provoqué les cas de 30 panne. Individual diode chips are excluded if they caused the failure cases.

On explicitera plus en détail l'invention dans ce qui suit à l'aide d'exemples de réalisation. Aux dessins associés: la figure 1 représente un convertisseur en circuit en pont; la figure 2 représente les convertisseurs partiels associés d'une 35 branche de pont individuelle; la figure 3 représente un circuit pour la reconnaissance d'un courtcircuit de circuit intermédiaire dans un convertisseur partiel et la figure 4 représente une deuxième variante d'un circuit détecteur de ce genre. The invention will be explained in more detail in the following with the aid of exemplary embodiments. In the associated drawings: FIG. 1 represents a bridge circuit converter; Figure 2 shows the associated partial converters of an individual bridge branch; FIG. 3 represents a circuit for the recognition of an intermediate circuit short circuit in a partial converter and FIG. 4 represents a second variant of a detector circuit of this kind.

La figure 1 représente d'abord la structure générale du convertisseur en une version en circuit à pont intégral. La tension UN de réseau s'applique à l'entrée du convertisseur. Quatre branches 11, 12, 21 et 22 de convertisseur sont disposées sous la forme d'un circuit en pont. Il se trouve sur la diagonale du pont un transformateur T de fréquence moyenne 10 ayant la tension UT primaire et la tension UT secondaire. Comme l'illustre la figure 2, les branches 11, 12, 21, 22 de convertisseur sont constituées respectivement de plusieurs sous-modules ayant la tension USS. Figure 1 shows first the general structure of the converter in a full bridge circuit version. The network voltage UN applies to the input of the converter. Four converter branches 11, 12, 21 and 22 are arranged in the form of a bridge circuit. There is on the diagonal of the bridge a medium frequency transformer T having the primary voltage UT and the secondary voltage UT. As illustrated in FIG. 2, the converter branches 11, 12, 21, 22 consist respectively of several submodules having the USS voltage.

USSN aux bornes...DTD: Une possible réalisation des sous-modules est représentée à la 15 figure 2. Un sous-module a respectivement la forme d'un circuit à pont intégral d'un convertisseur de tension, sauf que ce circuit est utilisé ici comme bipôle individuel. Le circuit en pont est constitué de quatre disjoncteurs IGBT1... USSN at the terminals ... DTD: A possible embodiment of the submodules is shown in FIG. 2. A submodule is respectively in the form of an integral bridge circuit of a voltage converter, except that this circuit is used here as an individual bipole. The bridge circuit consists of four IGBT1 circuit breakers ...

IGBT4 à semi-conducteur comportant des diodes D1... D4 montées de manière anti-parallèle. Il est branché aux bornes côté tension continue un 20 condensateur C de stockage qui se charge respectivement à la tension Udcl Udcn aussi longtemps qu'il n'est pas branché de disjoncteur IGBT1... IGBT4 semiconductor having diodes D1 ... D4 mounted anti-parallel. A storage capacitor C is connected to the DC voltage terminals, which is charged to the voltage Udcl Udcn as long as it is not connected to the IGBT1 circuit breaker.

IGBT4 à semi-conducteur. Par le branchement des disjoncteurs IGBT... IGBT4 semiconductor. By connecting IGBT circuit breakers ...

IGBT4 à semi-conducteur, il est produit des états de commutation par lesquels la tension Uss1... USSN aux bornes devient, indépendamment de la 25 direction du courant, positive, négative ou aussi égale à zéro (courtcircuit). IGBT4 semiconductor, it is produced switching states by which the voltage Uss1 ... USSN terminals becomes, regardless of the direction of the current, positive, negative or also equal to zero (short circuit).

En faisant l'hypothèse que les tensions Udol... UdcN des condensateurs C de tous les sous-modules ont un même état de sortie Udc = U0 et qu'il est présent une pluralité N de sous-modules, la tension Uac d'une branche 11, 12, 21, 22 de redresseur peut prendre l'intervalle des valeurs -n 30 U0... +nUo et peut donc être réglée à des "marches d'escalier" discrètes de la tension Uo. Assuming that the voltages Udol ... UdcN of the capacitors C of all the submodules have the same output state Udc = U0 and that there is present a plurality N of sub-modules, the voltage Uac of a rectifier branch 11, 12, 21, 22 can take the range of values -n 30 U0 ... + nUo and can therefore be set to discrete "steps" of the voltage Uo.

Les sous-modules sont constitués en modules IGBT haute puissance qui comportent le plus souvent une pluralité de puces à IGBT ou à diodes antiparallèles. Chaque puce y est reliée du point de vue électrique au 35 système de câblage interne au module par l'intermédiaire de fil de bonding. The sub-modules consist of high power IGBT modules that most often include a plurality of IGBT chips or antiparallel diodes. Each chip is electrically connected to the internal wiring system to the module via bonding wire.

Dans le cas d'une panne d'une valve IGBT, il n'existe le plus souvent qu'une seule puce à l'état passant. Les puces montées en parallèle à cette puce sont le plus souvent encore capables de fonctionner. C'est pourquoi, dans la plupart des cas, le courant de défaut n'est guidé que par l'intermédiaire de la puce défectueuse. En raison de la grande amplitude du courant de court5 circuit ainsi que de la concentration sur une seule puce, il se produit des densités de courant extrêmement grandes dans les fils de bonding de la puce défectueuse. Après quelques microsecondes, ces derniers fondent ou sont arrachés en raison des forces magnétiques et il se forme un arc électrique qui peut provoquer jusqu'à l'explosion du module. L'explosion de modules à IGBT 10 ou à diodes peut avoir pour conséquence que les commutateurs à semiconducteur se trouvent du côté de tension alternative ou du côté de tension continue en le fonctionnement à vide, ce qui, entre autres, peut être empêché par l'invention. Un convertisseur partiel défectueux produit, dans le cas d'une panne, un court-circuit pouvant être chargé en courant nominal. In the case of a failure of an IGBT valve, there is usually only one chip in the on state. The chips mounted in parallel to this chip are most often still able to function. This is why, in most cases, the fault current is guided only through the defective chip. Due to the large amplitude of the short circuit current as well as the concentration on a single chip, extremely high current densities occur in the bonding wires of the defective chip. After a few microseconds, they melt or are torn due to magnetic forces and an electric arc is formed which can cause until the explosion of the module. The explosion of IGBT or diode modules may result in the semiconductor switches being on the AC voltage side or the DC voltage side in the idle mode, which, among other things, can be prevented by 'invention. A defective partial converter produces, in the event of a fault, a short circuit that can be charged at rated current.

Les modules à diodes et IGBT sont protégés d'une formation d'arc électrique du fait qu'un circuit capteur reconnaît le court-circuit du côté de tension continue en l'espace de quelques microsecondes (ps) et initie alors un amorçage de tous les disjoncteurs IGBT... IGBT4 à semiconducteur. The diode and IGBT modules are protected from arcing because a sensor circuit recognizes the short circuit on the DC voltage side within a few microseconds (ps) and initiates priming of all IGBT ... IGBT4 semiconductor circuit breakers.

En raison de la décharge très rapide du condensateur C de 20 stockage dans le cas d'une panne, il est nécessaire que cet état soit reconnu en un temps extrêmement bref (Ttot < 5 pIs). Cela est nécessaire afin de pouvoir initier encore pendant le temps pendant lequel une désaturation des commutateurs IGBT1... IGBT4 à semi-conducteur peut être garantie, des mesures pour produire une voie de court-circuit. Due to the very fast discharge of the storage capacitor C in the event of a failure, it is necessary that this state be recognized in an extremely short time (Ttot <5 pIs). This is necessary in order to be able to initiate further during the time during which desaturation of the IGBT1 ... IGBT4 semiconductor switches can be guaranteed, measures to produce a short circuit path.

Suivant une première variante de procédé, un cas de panne est reconnu dans un circuit 1 capteur à l'aide de la du/dt fortement négative de la tension Udc de condensateur. A titre d'exemple, la figure 3 représente une réalisation pour un circuit de reconnaissance de ce genre. La reconnaissance de la du/dt fortement négative s'effectue à l'aide d'un diviseur de tension 30 ohmique-capacitif comportant les résistances R1, R2 et les condensateurs C1, C2. Si le court-circuit est constaté, au moins un transformateur Tz d'amorçage est alimenté en courant par des transistors V1 et V2 de couplage à partir d'une source de tension, ici un condensateur C3. Cette source de tension est alimentée également directement à partir du circuit de puissance. On peut 35 ainsi appliquer, par l'intermédiaire d'un transformateur distinct pour chaque commutateur IGBT1... IGBT4 à semi-conducteur, une tension UGE-ZUSatZ grille- émetteur supplémentaire à tous les disjoncteurs IGBT1... IGBT4 à semiconducteur. A l'aide de cette tension supplémentaire, on peut commander tous les disjoncteurs IGBT1... IGBT4 à semi-conducteur en même temps et indépendamment des signaux de commande. Il est ainsi possible de modifier 5 les propriétés de saturation des IGBT, de les déconnecter ou aussi d'endommager de manière ciblée la couche d'oxyde entre la grille et l'émetteur. According to a first variant of the method, a case of failure is recognized in a 1-sensor circuit by means of the highly negative / dt of the capacitor voltage Udc. By way of example, FIG. 3 represents an embodiment for a recognition circuit of this kind. The recognition of the strongly negative / dt is carried out using an ohmic-capacitive voltage divider comprising the resistors R1, R2 and the capacitors C1, C2. If the short circuit is found, at least one ignition transformer Tz is supplied with current by coupling transistors V1 and V2 from a voltage source, here a capacitor C3. This voltage source is also powered directly from the power circuit. It is thus possible to apply, via a separate transformer for each semiconductor IGBT1 ... IGBT4 switch, a further UGE-ZUSatZ gate-to-emitter voltage to all IGBT1 ... IGBT4 semiconductor circuit breakers. With the help of this additional voltage, all IGBT1 ... IGBT4 semiconductor circuit breakers can be controlled at the same time and independently of the control signals. It is thus possible to modify the saturation properties of the IGBTs, to disconnect them or also to damage in a targeted manner the oxide layer between the gate and the emitter.

Après un passage à l'état passant des commutateurs IGBT1... After a transition to IGBT1 switches ...

IGBT4 à semi-conducteur, le côté de tension continue du sous-module est 10 court-circuité de manière durable. Comme, en outre, une formation d'arc électrique dans le module IGBT du sous-module a été empêchée, il est garanti que la majorité de toutes les puces à diode sont conductrices dans la direction du courant. On assure ainsi aussi un court-circuit durable du sousmodule entre les bornes 1' et 2'. IGBT4 semiconductor, the DC voltage side of the submodule is short-circuited sustainably. Since, furthermore, arcing in the submodule IGBT module has been prevented, it is ensured that the majority of all diode chips are conductive in the current direction. This also ensures a durable short circuit of the submodule between terminals 1 'and 2'.

Suivant une deuxième variante du procédé, un cas de panne est reconnu par la chute de tension sur des inductances de fuite parasitaire du système de câblage de circuit intermédiaire. Un mode de réalisation possible en est représenté à titre d'exemple à la figure 4. Le circuit réagit à la di/dt fortement positive, persistant nettement plus longtemps par rapport à des 20 opérations de commutation normales, dans une inductance Lc de fuite parasitaire. Ce circuit ne nécessite pas non plus de quelconques alimentations supplémentaires en courant. Après quelques ps, les disjoncteurs IGBT1... IGBT4 à semi-conducteur sont amorcés aussi dans ce circuit. According to a second variant of the method, a case of failure is recognized by the voltage drop on parasitic leakage inductances of the intermediate circuit wiring system. One possible embodiment is shown by way of example in FIG. 4. The circuit reacts with the di / dt strongly positive, persisting much longer compared to normal switching operations, in a parasitic leakage inductance Lc. . This circuit also does not require any additional power supplies. After a few seconds, IGBT1 ... IGBT4 semiconductor circuit breakers are also started in this circuit.

Une di/dt est reconnue par un circuit 2 capteur, constitué d'un circuit RC ayant un condensateur C4 et les résistances R3, R4, R5. La source de tension commutable qui suit est la même qu'à la figure 3. A di / dt is recognized by a sensor circuit 2 consisting of an RC circuit having a capacitor C4 and the resistors R3, R4, R5. The following switchable voltage source is the same as in Figure 3.

Les circuits décrits comme exemples de réalisation ne nécessitent pas d'alimentation en courant supplémentaire. Cela est particulièrement 30 avantageux car une alimentation en puissance redondante et indépendante à haut potentiel de haute tension (jusqu'à quelques 10 kV) est très complexe. La solution est simple, robuste et peu onéreuse. Un entretien du circuit n'est pas nécessaire. Dans des installations à basse et moyenne puissance, il est possible d'utiliser des modules à IGBT au lieu de cellules de tranche à IGBT 35 (à contact par pression d'IGBT). The circuits described as exemplary embodiments do not require additional power supply. This is particularly advantageous because a redundant and independent power supply with a high voltage potential (up to some 10 kV) is very complex. The solution is simple, robust and inexpensive. Circuit maintenance is not necessary. In low and medium power installations it is possible to use IGBT modules instead of IGBT (IGBT pressure contact) wafer cells.

LISTE DES SIGNES DE RÉFÉRENCE 1 2 1' 2' 11 12 21 22 Circuit capteur Circuit capteur Borne Borne Branche de convertisseur Branche de convertisseur Branche de convertisseur Branche de convertisseur LIST OF REFERENCE SIGNALS 1 2 1 '2' 11 12 21 22 Sensor circuit Sensor circuit Terminal Terminal Converter branch Converter branch Converter branch Converter branch

UNA

UT UTUT UT

Uss1...Ussn U0 Udcl. ..Udcn Lc Tension du réseau Tension primaire Tension secondaire Tension aux bornes Tension Tension Inductance de fuite IGBT1... IGBT4 D1...D4 Uss1 ... Ussn U0 Udcl. ..Udcn Lc Line voltage Primary voltage Secondary voltage Terminal voltage Voltage Voltage Leakage inductance IGBT1 ... IGBT4 D1 ... D4

TT

C DRC DR

VKVK

R1...R5 C1.C3 V1 V2 UGE-ZUSATZ 35 Disjoncteur à semi-conducteur Diodes Transformateur de fréquence moyenne Condensateur de stockage Diode à alternance directe Thyristor de court-circuit Résistance Condensateurs Transistor de couplage Transistor de couplage Tension grille-émetteur supplémentaire R1 ... R5 C1.C3 V1 V2 UGE-ZUSATZ 35 Solid state circuit breaker Diodes Medium frequency transformer Storage capacitor Direct-alternating diode Short-circuit thyristor Resistor Capacitors Coupling transistor Coupling transistor Additional gate-transmitter voltage

Claims

A method of short-circuiting a defective partial converter, which is constituted as a voltage intermediate circuit converter, which is connected to at least one internal intermediate circuit condenser (C) serving as an energy accumulator, in a partial converters series circuit, characterized in that, in the event of a fault, all semiconductor circuit breakers (IGBT1 ... IGBT4) of the partial converter are connected, at least for a short period of time, so as to be permanently on.

Method according to Claim 1, characterized in that the on state is obtained by increasing the gate-emitter voltage of the semiconductor circuit breakers (IGBT1 ... IGBT4).

3. Method according to claim 1, characterized in that the on state is obtained by connecting the circuit breakers (IGBT1 ... IGBT4) to semiconductor then having a fast disconnection for a high current.

4. A method according to claim 1, characterized in that one obtains the passing state by an extremely fast connection circuit breakers (IGBT1 ... IGBT4) semiconductor.

5. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the connection and the disconnection take place several times.

6. Method according to claims 1 to 5, characterized in that the circuit breakers (IGBT1 ... IGBT4) semiconductor are controlled by a du / dt recognition circuit, which is arranged in parallel with the capacitor (C) of intermediate circuit.

7. A method according to claims 1 to 5, characterized in that the semiconductor circuit breakers (IGBT1 ... IGBT4) are controlled by a di / dt recognition circuit, which is connected in parallel with an inductor (Lo). partial converter leakage.