JP5357616B2

JP5357616B2 - 直流負荷を有する少なくとも１つの直流網を過電圧に対して保護する回路

Info

Publication number: JP5357616B2
Application number: JP2009103486A
Authority: JP
Inventors: バルンフーゼンハルトムート; マイベルクパウル
Original assignee: AEG Power Solutions BV
Current assignee: AEG Power Solutions BV
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2029-04-21
Also published as: US8369050B2; CN101567553A; DE102008020030B4; US20090262469A1; JP2009268347A; EP2112737A2; CN101567553B; DE102008020030A1; EP2112737A3; EP2112737B1

Description

本発明は、整流器を介した電気エネルギの供給に適して構成されてなる直流負荷を有する、少なくとも１つの直流網を保護するための回路に関する。

たとえば３相整流器などの整流器を介して直流電流が供給される直流負荷を有する直流網は、たとえば発電所の自家用網から知られている。発電所のこのような直流自家用網の場合、直流負荷として、任意の、発電所の安全にとって有意な直流負荷が設けられる。これは、たとえば、センサ、屋外用機器、表示装置、表示手段、特に無停電電源用制御・調整装置、安定化電源、特に安定化照明装置、駆動装置、特に反応器のバルブ駆動装置、および他の直流負荷に関する。このような電気装置は、簡単な手段で、蓄電池、バッテリなどのエネルギ蓄積装置から電気エネルギの供給を受けることができるので、直流装置として考案されている。通常の場合、すなわち障害のない運転においては、これらの装置または直流負荷は、発電所で発電されたエネルギの供給を受けるべきである。したがって、これらの直流負荷を有する直流電流網は、整流器を介して発電所によって発電される交流電流と結合される。

しかしながら、これまでのところ、これらの直流電流網は交流電流網からの過電圧に対して不充分にしか保護されないことが示されている。このような過電圧は直流負荷の損傷につながることもあり得る。

特に、センサおよびアクチュエータなどの制御および調整装置の損傷を招くことにもなり得る。

ここに本発明が提供される。
本発明は、整流器を介して交流電圧網から交流電圧が供給される直流負荷を有する直流電流網を、この交流電圧網からの過電圧に対する保護に適して構成されてなる回路を提供する技術的課題を基礎としている。

この技術的課題の解決は、請求項１に挙げられている。本発明に従った回路は、直流電流網の入力部または整流器出力部における過電圧の検出に適して構成されてなる過電圧を検出するための手段を有する。この回路は、さらにまた、過電圧を検出するための手段が、過電圧を検出するや否や、整流器の第１群のサイリスタ中の１または複数の導通しているサイリスタからの電流を引受けるための手段をさらに有し、この場合、このように電流を引受けることは、第１群の１または複数のサイリスタを強制的に不要とすることにつながる。

本発明に従えば、この引受け手段は、過電圧の場合に、特に過渡過電圧の場合に、第１群のサイリスタ中の少なくとも１つの導通しているサイリスタからの電流を引受ける。この引受け手段が、電流を引受けると、整流が行われ、整流器の第１群のサイリスタ中の該サイリスタでは、これまで導通しているサイリスタによって電流は同様にゼロであり、それゆえそのサイリスタは、強制的に消弧する。

引受け手段は、整流器の第２群のサイリスタの内の１つの導通しているサイリスタまたは複数の導通しているサイリスタによって回路を切換えるための第１の制御可能な切換素子であって、それが結合されている状態においてオンとなる第１の制御可能な切換素子を有してもよい。
該第１の制御可能な切換素子は、第１のサイリスタであってもよい。

電圧源としてエネルギ蓄積装置を有してもよく、該エネルギ蓄積装置は、第１の制御可能な切換素子によって閉じられる回路に電流が流れる。かかるエネルギ蓄積装置の場合、連続している運転中に充電されるコンデンサであってもよい。これに対して充電手段が設けられてもよい。コンデンサは、第１の制御可能な切換素子によって閉じられる回路の場合に放電される。

第１の制御可能な切換素子とコンデンサと直列に、好ましくは、コンデンサの放電後に変動をもたらし、そしてそれによって第１の制御される切換素子の強制消弧をもたらすチョークコイルが設けられる。

コンデンサだけでなくチョークコイルも、過電圧による、第１の制御される切換素子によって閉じられた回路の電流の制限に寄与する。

引受け手段は、過電圧の場合に第１の制御可能な切換素子をオンとする制御に適して構成されてなる制御装置を有してもよい。この制御装置は、第１のサイリスタのために点弧インパルスを発生することができる点弧インパルス発生装置をさらに有してもよい。

本発明に従った回路は、整流器のチョークコイルを放電するための手段を有してもよい。この放電手段は、第２の制御可能な切換素子によって、好ましくは、チョークコイルに並列に設けられたサイリスタによって形成してもよい。第２のサイリスタは、負荷電流に対して遮断する方向に設けることが可能である。第２の制御可能な切換素子は、過電圧の場合に、オンとするために引受け手段の制御によって制御されるのに適して構成することが可能である。第２のサイリスタは、過電圧の場合の制御の点弧インパルス発生装置によって、点弧インパルスを得ることが可能であり、それによって、サイリスタによって回路が閉じられる。

連続運転中搭載されるコンデンサを、過電圧の場合に上昇する電流が流れるべく、整流器の負極と結合した第１の接合部と結合させることが可能である。コンデンサの第２の接合部は、好ましくは少なくとも第１のサイリスタのアノードと間接的に結合される。

第１のサイリスタはそのアノードが、入力位相の１つと各ダイオードを介して結合されるべく適して構成されてなる。コンデンサとサイリスタの間には、チョークコイルを設けてもよい。

直流電流網が整流器を介して電気エネルギが供給される直流電流負荷を有するような回路が、整流器および直流電流網と共に回路配列に加えられる。

直流電流網は、発電所内の回路網であってもよい。このような回路網の場合、発電所の自家用網であってよい。この回路から、センサ、屋外用機器、表示装置、表示手段、特に無停電電源用制御・調整装置、安定化電源、特に安定化照明装置、駆動装置、特に反応器のバルブ駆動装置、および発電所の安全に関連する他の直流負荷に電力が供給される。本発明に従った回路は、発電所内において、整流器に接続された自家用回路内の発電所の安全に関連のある直流電流負荷を保護するために利用することが可能である。

は、本発明に従った回路の回路図である。

本発明のさらなる特徴と利点が、添付の図を参照した、好ましい実施形態の以下の説明によって明らかになる。

図１に示される回路配置は、３相整流器Ｇ、本発明に従った回路Ｓおよび直流電流負荷１を有する。

３相整流器Ｇは、従来の方法で実施される。これは３つの接続部を有し、それらによって３相整流器は、３相電流供給装置の３つの相Ｕ₀，Ｖ₀，Ｗ₀に接続される。各接続部は、それぞれ２つのサイリスタＴＨ_u1，ＴＨ_u2；ＴＨ_v1，ＴＨ_v2；ＴＨ_w1，ＴＨ_w2に接続され、それぞれ、サイリスタＴＨ_u1のカソードおよびサイリスタＴＨ_u2のアノード、サイリスタＴＨ_v1のカソードおよびサイリスタＴＨ_v2のアノード、ならびにサイリスタＴＨ_w1のカソードおよびサイリスタＴＨ_w2のアノードに接続される。相Ｕ₀，Ｖ₀，Ｗ₀のカソード側に接続されたサイリスタは、整流器の第１群のサイリスタを形成し、相Ｕ₀，Ｖ₀，Ｗ₀のアノード側に接続されたサイリスタは、制御される６パルスブリッジ回路（Ｂ６Ｃ）の第２群のサイリスタを形成する。第１群のサイリスタＴＨ_u1，ＴＨ_v1，ＴＨ_w1のアノードは、６パルスブリッジ回路の正の電位上に設ける。第２群のサイリスタＴＨ_u2，ＴＨ_v2，ＴＨ_w2のカソードは、６パルスブリッジ回路の負の電位上に設けられる。

６パルスブリッジ回路の正の電位と負の電位とは、フィルタコンデンサＣ_Gを介して互いに結合されている。

６パルスブリッジ回路の正の電位と、３相整流器の出力部の正の電位上に設けられる接続部との間には、チョークコイルＬ_G1が配置され、６パルスブリッジ回路の負の電位と、３相整流器の出力部の負の電位上に設けられる接続部との間にはチョークコイルＬ_G2が配置されている。出力部には負荷１が接続される。
この点では、この回路配置は、技術の水準から知られる。

このような回路配置の短所は、交流回路網における過電圧に基づいて、特に、過渡過電圧に基づいて、３相整流器Ｇを介して、過電圧が負荷１上に与えられることがある点にある。直流電流網においてこのような過電圧は、そこに接続された負荷の損傷につながり得るものである。これは、本発明に従った回路Ｓによって除去される。

本発明に従った回路Ｓは、３相整流器Ｇの直流側に、すなわち３相整流器Ｇの出力部に、過電圧検出手段２を有している。この過電圧検出手段２は、３相整流器Ｇの出力部の２つの接続部間の電圧が一定のしきい値を超えるとすぐに応答する。

３相整流器Ｇの過電圧検出手段２が過電圧を検出するや否や、この過電圧検出手段２が、３相整流器の第１群の１または複数の導通しているサイリスタから電流を引受けるべく適して構成されてなる電流を引受けるための手段２，３，４，ＴＨ₁，Ｌ_S，Ｃ_S，Ｄ_U，Ｄ_V，Ｄ_Wを作動させ、これが第１群のサイリスタ、したがって負荷電流のサイリスタの強制消弧をもたらす。

電流引受け手段２，３，４，ＴＨ₁，Ｌ_S，Ｃ_S，Ｄ_U，Ｄ_V，Ｄ_Wは、コンデンサＣ_sを有し、これは、３相整流器Ｇが連続運転中、充電手段４によって充電される。

コンデンサは、第１のサイリスタＴＨ₁およびチョークコイルＬ_Sと直列に設けられる。
コンデンサは、その正の電位をもって、６パルスブリッジ回路の負の電位と常に結合される。コンデンサＣ_sの負の電位は、チョークコイルＬ_Sを介して引受け手段の第１のサイリスタＴＨ₁のカソードと結合される。第１のサイリスタＴＨ₁のアノードは、ダイオードＤ_U，Ｄ_V，Ｄ_Wのカソードと結合され、それらのアノードは整流器Ｇの接続部Ｕ₀，Ｖ₀，Ｗ₀のアノードと結合される。

障害のない運転においては、第１のサイリスタＴＨ₁は遮断される。欠陥のない運転においてはコンデンサＣ_S，とチョークコイルＬ_Sと、第１のサイリスタＴＨ₁を有する回路には電流は流れない。それに対して、過電圧検出手段２によってこれが検出されれば、過電圧検出手段２が、引受け手段２，３，４，ＴＨ₁，Ｌ_S，Ｃ_S，Ｄ_U，Ｄ_V，Ｄ_Wの制御装置３を、サイリスタＴＨ₁を点弧すべく起動させる信号を発生する。制御装置３は点弧インパルス発生装置を有する。

サイリスタＴＨ₁が点弧されると、コンデンサＣ_Sが、コンデンサＣ_Sと、チョークコイルＬ_Sと第１のサイリスタＴＨ₁とを有する新たに閉じられた回路を通って放電することができる。電流は、コンデンサの正の電位から、６パルスブリッジ回路の第２群のサイリスタＴＨ_U2，ＴＨ_V2，ＴＨ_W2の少なくとも１つを通って、ダイオードＤ_U，Ｄ_V，Ｄ_Wの１つを通ってサイリスタＴＨ₁に、そしてサイリスタＴＨ₁からチョークコイルＬ_Sを通ってコンデンサＣ_Sの負極に流れる。

新たに閉じられた回路によって、第１群のサイリスタ（ＴＨ_U1，ＴＨ_V1，ＴＨ_W1）の少なくとも１つを通る電流が新たに閉じられた回路上で整流することが可能となる。新たに閉じられる回路は、第１群の導通しているサイリスタ（ＴＨ_U1，ＴＨ_V1，ＴＨ_W1）を通る全電流がゼロになるように形成される。相Ｕ₀，Ｖ₀，Ｗ₀の最高電位から最低電位までの６パルスブリッジ回路の入力部からの電流は、この新たに閉じられた回路を通り、コンデンサＣ_Sまで放電され、コンデンサＣ_Sの再充電が開始し、したがって、さらに、第１のサイリスタＴＨ₁の強制消弧をもたらす。

本発明に従った回路Ｓは、さらに２つのサイリスタＴＨ_G1，ＴＨ_G2を有し、これらは整流器ＧのチョークコイルＬ_G1，Ｌ_G2に並列に設けられる。第２のサイリスタＴＨ_G1，ＴＨ_G2は、電流に対して遮断する方向に負荷を介して設けられる。障害のない運転では、第２のサイリスタＴＨ_G1，ＴＨ_G2は点弧されず、したがって、第２のサイリスタＴＨ_G1，ＴＨ_G2を通る電流は遮断される。

過電圧が生じた場合には、チョークコイルＬ_G1，Ｌ_G2によって、電流が負荷を通ってさらに流れるようになり、整流器のフィルタコンデンサＣ_Gを流れる電流は整流器の出力電圧を増大させることになる。これを防止するために、チョークコイルＬ_G1，Ｌ_G2のためのそれぞれのフリーホイーリング経路に第２のサイリスタＴＨ_G1，ＴＨ_G2が設けられる。過電圧の場合には、第２のサイリスタＴＨ_G1，ＴＨ_G2が制御装置３によって点弧され、したがって、チョークコイルＬ_G1，Ｌ_G2は第２のサイリスタＴＨ_G1，ＴＨ_G2を介して放電することができる。

制御装置は、過電圧が、過電圧検出手段２によって検出されるや否や、第１のサイリスタＴＨ₁と第２のサイリスタＴＨ_G1，ＴＨ_G2とが同時に点弧されるように構成されて成る。それによって、負荷電流は、第１群の導通しているサイリスタの強制消弧によって遮断される。チョークコイルＬ_G1，Ｌ_G2が電流を第２のサイリスタを通過させるかぎり、第２のサイリスタＴＨ_G1，ＴＨ_G2を通る電流だけをまず維持することができる。

１負荷
２過電圧検出手段
３制御装置
４充電手段
Ｃ_S コンデンサ
Ｃ_G フィルタコンデンサ
Ｄ_U，Ｄ_V，Ｄ_W ダイオード
Ｇ３相整流器
Ｓ回路
ＴＨ_U1，ＴＨ_V1，ＴＨ_W1 第１群のサイリスタ
ＴＨ_U2，ＴＨ_V2，ＴＨ_W2 第２群のサイリスタ
ＴＨ₁ 第１のサイリスタ
ＴＨ_G1，ＴＨ_G2 第２のサイリスタ
Ｌ_S，Ｌ_G1，Ｌ_G2 チョークコイル

Claims

直流電流負荷（１）を有する、回路（Ｓ）に接続可能な少なくとも１つの直流電流網を保護するための回路（Ｓ）であって、前記少なくとも１つの直流電流網に整流器（Ｇ）を介して１または複数の相の交流電流網から電気エネルギを供給されるべく構成されてなる回路（Ｓ）において、
前記少なくとも１つの直流電流網の入力部での過電圧を検出すべく構成されてなる、過電圧を検出するための手段（２，３，４，ＴＨ₁，Ｌ_S，Ｃ_S，Ｄ_U，Ｄ_V，Ｄ_W）と、
前記過電圧を検出するための手段が、過電圧を検出するや否や、前記整流器（Ｇ）の第１群のサイリスタ（ＴＨ_U1，ＴＨ_V1，ＴＨ_W1）の１または複数の導通しているサイリスタ（ＴＨ_U1，ＴＨ_V1，ＴＨ_W1）からの電流の引受け手段（２，３，４，ＴＨ₁，Ｌ_S，Ｃ_S，Ｄ_U，Ｄ_V，Ｄ_W）であって、電流の引受けは、前記１または複数の導通しているサイリスタ（ＴＨ_U1，ＴＨ_V1，ＴＨ_W1）の強制消弧をもたらす、電流引受け手段（２，３，４，ＴＨ₁，Ｌ_S，Ｃ_S，Ｄ_U，Ｄ_V，Ｄ_W）と、
を有することを特徴とする回路（Ｓ）。
前記電流引受け手段（２，３，４，ＴＨ₁，Ｌ_S，Ｃ_S，Ｄ_U，Ｄ_V，Ｄ_W）は電圧源として、エネルギ蓄積装置（Ｃ_S）を有することを特徴とする請求項１に記載の回路（Ｓ）。
前記エネルギ蓄積装置は、運転進行中同じ電圧で充電可能なコンデンサ（Ｃ_S）であることを特徴とする請求項２に記載の回路（Ｓ）。
前記電流引受け手段（２，３，４，ＴＨ₁，Ｌ_S，Ｃ_S，Ｄ_U，Ｄ_V，Ｄ_W）は、前記エネルギ蓄積装置（Ｃ_S）と前記整流器の第２群のサイリスタ（ＴＨ_U2，ＴＨ_V2，ＴＨ_W2）の１または複数の導通しているサイリスタ（ＴＨ_U2，ＴＨ_V2，ＴＨ_W2）とを用いて回路を切換えるための、第１の制御可能な切換素子（ＴＨ₁）を有することを特徴とする請求項２または３に記載の回路（Ｓ）。
前記第１の制御可能な切換素子は、第１のサイリスタ（ＴＨ₁）であることを特徴とする請求項４に記載の回路（Ｓ）。
前記電圧源によって、前記第１の制御可能な切換素子によって切換えられる前記回路を介して電流が流れ、前記電圧源が、前記整流器の前記第２群のサイリスタ（ＴＨ_U2，ＴＨ_V2，ＴＨ_W2）の前記１または複数の導通しているサイリスタ（ＴＨ_U2，ＴＨ_V2，ＴＨ_W2）の消弧を妨げることを特徴とする請求項５に記載の回路。
前記電流引受け手段（２，３，４，ＴＨ₁，Ｌ_S，Ｃ_S，Ｄ_U，Ｄ_V，Ｄ_W）は、過電圧の場合に前記第１の制御可能な切換素子をオンとする制御に適して構成されてなる制御装置（３）を有することを特徴とする請求項５または６に記載の回路（Ｓ）。
前記制御装置（３）は、前記第１のサイリスタ（ＴＨ₁）のための点弧インパルスを発生するべく構成されてなる、少なくとも１つの点弧インパルス発生装置を有することを特徴とする請求項７に記載の回路（Ｓ）。
前記整流器は、３相整流器（Ｇ）であり、前記回路（Ｓ）は、前記３相整流器（Ｇ）のチョークコイル（Ｌ_G1，Ｌ_G2）から放電するための手段（ＴＨ_G1，ＴＨ_G2）を有することを特徴とする請求項８に記載の回路（Ｓ）。
前記放電するための手段は、前記チョークコイル（Ｌ_G1，Ｌ_G2）に並列に配置される、第２の制御可能な切換素子（ＴＨ_G1，ＴＨ_G2）によって形成されることを特徴とする請求項９に記載の回路（Ｓ）。
前記第２の制御可能な切換素子は第２のサイリスタであり、前記第２のサイリスタは負荷電流を遮断する方向に設けられることを特徴とする請求項１０に記載の回路（Ｓ）。
前記第２の制御可能な切換素子（ＴＨ_G1，ＴＨ_G2）が、過電圧の場合に、前記電流引受け手段（２，３，４，ＴＨ₁，Ｌ_S，Ｃ_S，Ｄ_U，Ｄ_V，Ｄ_W）の前記制御装置によって、電流の引受けのために閉じるように制御されるべく構成されてなることを特徴とする請求項１０または１１に記載の回路（Ｓ）。
前記第２のサイリスタ（ＴＨ_G1，ＴＨ_G2）が、過電圧の場合に、前記制御装置（３）の前記少なくとも１つの点弧インパルス発生装置から点弧インパルスを得ることを特徴とする請求項１１または１２に記載の回路（Ｓ）。
前記エネルギ蓄積装置（Ｃ_S）が、前記整流器（Ｇ）の負極と結合されることを特徴とする、請求項５〜１３のいずれか１項に記載の回路（Ｓ）。
前記エネルギ蓄積装置（Ｃ_S）が、少なくとも間接的に前記第１のサイリスタ（ＴＨ₁）のカソードに結合されることを特徴とする請求項１４に記載の回路（Ｓ）。
前記第１のサイリスタ（ＴＨ₁）は、各ダイオード（Ｄ_U，Ｄ_V，Ｄ_W）を介してアノードが３相（Ｕ ₀ ，Ｖ ₀ ，Ｗ ₀ ）の内の１つと結合されるように構成されてなることを特徴とする請求項１５に記載の回路（Ｓ）。
前記エネルギ蓄積装置（Ｃ_S）と前記第１のサイリスタ（ＴＨ₁）との間にはチョークコイルが設けられることを特徴とする請求項１５または１６に記載の回路（Ｓ）。
整流器（Ｇ）と直流電流網とを有する回路システムであって、前記整流器（Ｇ）を介して電気エネルギが供給される、少なくとも１つの直流電流負荷（１）を有する回路配置において、
前記回路システムは、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の回路（Ｓ）を有することを特徴とする回路システム。
前記直流電流網は、発電所内の網であることを特徴とする請求項１８に記載の回路システム。
前記網は、前記発電所の自家用網であることを特徴とする請求項１９に記載の回路システム。
前記網から、センサ、屋外用機器、表示装置、表示手段、無停電電源用制御・調整装置、安定化電源、安定化照明装置、駆動装置、反応器のバルブ駆動装置、および前記発電所の安全に関連する他の直流負荷に電力が供給されることを特徴とする請求項２０に記載の回路システム。
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の回路（Ｓ）を用いて、発電所内において、前記回路（Ｓ）の前記整流器（Ｇ）に接続された自家用網内の前記発電所の安全に関連のある直流電流負荷（１）を保護する方法。