KR20110046516A - 분배된 제동 저항들을 구비한 컨버터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 구동 기술 및/또는 고전압 기술 분야에서 전기 에너지를 열로 변환하기 위해 사용되고 이러한 변환을 제어하기 위해 제동 저항과, 구동 가능한 하나 이상의 제동력 반도체를 구비하며, 필요에 따라 유효 출력이 신속하게 그리고 비용면에서 유리하게 열로 변환될 수 있게 하는 전기 에너지 변환 장치(15)에 관한 것이며, 제동 저항은 바이폴라 서브 모듈(14)의 각각의 부분인 복수의 개별 제동 저항(18)을 포함하고, 이때 서브 모듈(14)은 서브 모듈 직렬 회로를 형성하면서 직렬로 접속되며, 각각 하나의 해당 개별 제동 저항(18)에 병렬 접속된 에너지 저장 장치(16)와, 제어 가능한 제동력 반도체(28)를 적어도 부분적으로 포함하고, 제동력 반도체는 제동 위치에서 각각의 해당 개별 제동 저항(18)에 의한 전류 흐름을 가능하게 하며 정상 작동 위치에서는 개별 제동 저항에 의한 전류 흐름을 중단한다.

Description

분배된 제동 저항들을 구비한 컨버터{CONVERTER WITH DISTRIBUTED BRAKE RESISTANCES}
본 발명은 구동 기술 및/또는 고전압 기술 분야에서 전기 에너지를 열로 변환하기 위해 사용되고 이러한 변환을 제어하기 위해 제동 저항과, 구동 가능한 하나 이상의 제동력 반도체를 구비한 전기 에너지 변환 장치에 관한 것이다.
이러한 유형의 장치는 예컨대 DE 10 2005 040 549 A1호에 이미 공지되어 있다. 상기 공보에 설명된 장치는, 교류 전압 연결부와 직류 전압 연결부 사이에 파워 반도체 밸브가 접속되어 있는 소위 멀티 레벨 컨버터에 관한 것이다. 정상 작동 시 음과 양의 직류 전압 연결부를 형성하는 브릿지 회로가 상기의 방식으로 구현된다. 바이폴라 서브 모듈로 구성되고 각각 하나의 에너지 저장 장치와 파워 반도체 회로를 포함하는 직렬 회로가 음과 양의 직류 전압 연결부 사이에서 연장된다. 파워 반도체 회로와 에너지 저장 장치는, 에너지 저장 장치에서 강하하는 전압 또는 제로 전압이 각각의 서브 모듈의 바이폴라 출력부에서 생성될 수 있도록 서브 모듈의 바이폴라 출력부에 연결된다. 서브 모듈의 직렬 회로에 대해 제동 저항이 직렬 접속된다. 서브 모듈 및 제동 저항의 직렬 회로는 종종 브레이크 조절 장치로도 지칭된다. 양과 음의 직류 전압 연결부는 직류 전압 중간 회로에 의해 추가의 컨버터에 연결되며, 상기 컨버터는 예컨대 인버터로서 작동하며 교류 전압 공급 시스템 또는 3상 모터에 연결된다. 에러의 경우 인버터는, 직류 전압 측에 제공된 유효 출력을 접속된 교류 전압 공급 시스템 또는 3상 모터에 공급하지 못할 수 있다. 이러한 상황은 예컨대 3상 모터가 제동될 때 발생한다. 이때 제동 저항은 이러한 경우에 발생하는 과잉 유효 출력을 열로 변환하는데 사용된다. 정류기로서 작동하는 컨버터는 전체 시스템의 완전한 고장을 일으키지 않으면서도, 상기의 유형과 방식에 의해 정류기로서 계속해서 작동할 수 있다.
도 1 내지 도 4에는 종래 기술에 따른 또 다른 장치들이 예시적으로 도시되어 있다.
도 1에는 교류 전압 측이 컨버터에 연결된 3개의 상 브레이크 분기(1)가 도시되어 있다. 이 경우 각각의 상 브레이크 분기(1)는 컨버터의 교류 전압 연결부에 갈바닉 전기 방식으로 접속된다. 또한, 각각의 상 브레이크 분기(1)는 기계식 스위치(2)와 제동 저항(3)을 포함한다. 상 브레이크 분기들(1)은 교류 전압 연결부 반대편 단부에서 하나의 공통 성형점(star point)(4)으로 서로 접속된다. 스위치(2)로는, 예컨대 이러한 스위치로서 공지되어 있는 기계식 파워 스위치가 사용된다. 파워 스위치(2)가 스위치온되면, 교류 전압 연결부의 각각의 상으로부터 제동 저항(3)을 거쳐 공통의 성형점(4)으로 전류가 흐르며, 이때 제동 저항에 의해 전기 에너지가 열로 변환된다.
도 2에는 도 1에 따른 실시예가 도시되지만, 서로 반대 방향으로 병렬 접속되고 제어 가능한 파워 반도체 밸브(5)가 스위치(2)로서 선택된다. 파워 반도체 밸브(5)는 예컨대 차단될 수 없으므로 외부에서 정류되는 사이리스터 밸브이다.
도 3에는 종래 기술에 따른 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 경우에는 소위 6 펄스 브릿지 회로를 형성하는 파워 반도체 밸브(7)를 포함하는 컨버터(6)도 도시되어 있다. 각각의 파워 반도체 밸브(7)는 교류 전압 연결부(8)와 직류 전압 연결부(9 또는 10) 사이에서 연장된다. 직류 전압 연결부(9, 10)는 장치의 작동 시 상이한 극성을 가지므로, 양의 부호 또는 음의 부호로 표시된다. 직류 전압 연결부(9, 10) 사이에는, 본 도면에서 인덕턴스(11)와 순수한 옴 저항(12)의 형태로 개략적으로 도시된 제동 저항(3)이 연장된다. 제동 저항(3)은 컨버터(6)의 직류 전압 측에 배치되며, 이 경우 제동 저항의 접속을 위해 제동 저항에 대해 직렬로 배치된 스위치는 도면에 도시되어 있지 않다.
도 4에는 반대 방향으로 병렬 접속된 프리휠 다이오드를 구비한 차단 가능한 파워 반도체로 구성된 직렬 회로(13)가 직류 전압 중간 회로의 양과 음의 직류 전압 연결부(9 또는 10) 사이에서 연장되는 실시예가 도시되어 있다. 직렬 회로(13)에 대해 제동 저항(3)이 직렬 접속된다.
이러한 일반적인 장치는, 브레이크 조절 장치의 활성화와, 유효 출력으로부터 열로의 효율적 변환 사이의 지속 시간이 컨버터의 에러를 확실히 제거하기에는 매우 길다는 단점을 갖는다.
따라서, 본 발명의 목적은 필요한 경우 유효 출력을 신속하고 비용면에서 유리하게 열로 변환할 수 있는 서두에 언급한 유형의 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에서 상기 목적은, 바이폴라 서브 모듈의 각각의 부분인 복수의 개별 제동 저항을 제동 저항이 포함함으로써 달성되며, 이때 서브 모듈은 서브 모듈 직렬 회로를 형성하면서 직렬 접속되고, 각각 하나의 해당 개별 제동 저항에 대해 병렬 접속된 에너지 저장 장치와, 제어 가능한 제동력 반도체를 적어도 부분적으로 포함하며, 제동력 반도체는 제동 위치에서 각각의 해당 개별 제동 저항에 의한 전류 흐름을 가능하게 하며 정상 작동 위치에서는 개별 제동 저항에 의한 전류 흐름을 중단한다.
본 발명에 따르면, 종래 기술에서와 같이 개별 제동 저항이 제공되는 것이 아니라, 오히려 제동 저항이 복수의 개별 저항들로 분할된다. 다시 말해, 제동 저항은 복수의 개별 저항들로 구성된다. 이 경우 개별 저항들은 바이폴라 서브 모듈의 부분이며, 2극 서브 모듈은 서로 직렬 접속된다. 이 경우 에너지 저장 장치와 개별 저항의 크기 설정은, 정격 작동 시 에너지 저장 장치 내에 저장된 에너지가 신속하게 감소할 수 있도록 서로 간에 매칭된다. 따라서 제어 가능한 제동력 반도체에 의해, 유효 출력이 신속하게 열로 변환될 수 있다. 제동력 반도체가 트리거링된 이후, 에너지 저장 장치는 정류기로서 작동하는 컨버터에 의해 에너지를 공급받으므로, 더 긴 지속 시간을 넘어서도 유효 출력이 열로서 주변으로 방출될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 구동 기술 및/또는 고전압 기술의 분야, 특히 전기 에너지 전달 및 분배의 분야에서 바람직하게 사용된다. "고전압"이라는 개념에는 1kV을 초과하는 모든 전압이 해당된다.
전체 제동 저항이 개별 저항으로 분할됨으로써 개별 저항의 냉각도 향상될 수 있다. 따라서 본 발명의 바람직한 변형예에 따라, 개별 저항들 사이에는 열 전도 방식으로 개별 저항들에 연결되며 신속하고 확실한 열 방출을 보장하는 냉각 장치가 제공된다. 냉각 장치는 예컨대 수냉 장치 또는 공랭 장치를 포함한다.
바람직하게, 개별 저항은 저항 디스크의 스택으로서 형성되며, 이때 저항 디스크는 소결된 재료로 구성된다. 저항 디스크들의 평평한 측면은 스택 내에서 서로 접하며, 인장 장치는 필요한 접촉 압력을 제공하므로, 디스크 저항들 사이에는 면 접촉이 형성된다.
바람직하게, 각각 적어도 부분적으로 컨버터의 파워 반도체 밸브들 중 하나를 형성하는 복수의 서브 모듈 직렬 회로가 형성된다. 컨버터의 파워 반도체 밸브는 각각 하나의 교류 전압 연결부와 직류 전압 연결부를 포함하며, 예컨대 6 펄스 브릿지 회로에서 서로 접속된다. 그러나 컨버터의 토폴로지는 기본적으로 임의적이므로, 여기서는 이 부분에 대해 자세히 언급하지 않아도 된다. 본 발명의 이러한 바람직한 개선예에 따른 개별 저항은 컨버터의 파워 반도체 밸브의 적어도 일부분이므로 파워 반도체 밸브 내에 통합된다. 파워 반도체 밸브들은 서브 모듈의 직렬 회로로 구성되고, 서브 모듈들 중 하나 이상은 개별 제동 저항을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 각각의 서브 모듈은 개별 제동 저항을 포함한다.
이와 관련해서 바람직한 개선예에 따라, 각각의 서브 모듈은 차단 가능한 2개의 파워 반도체를 포함하며, 상기 파워 반도체에는 각각 하나의 프리휠 다이오드가 반대 방향으로 병렬 접속된다. 상기의 방식으로, 소위 하프 브릿지 회로가 형성된다. 파워 반도체들은 에너지 저장 장치에 평행하게 직렬 접속되며, 에너지 저장 장치에서 강하하는 전압 또는 제로 전압도 연결 단자에서 강하하도록 서브 모듈의 연결 단자에 접속된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 각각의 서브 모듈을 위해 차단 가능한 2개의 파워 반도체가 제공되며, 이때 차단 가능한 2개의 파워 반도체는 제동 저항 직렬 회로에 병렬 접속된 파워 반도체 직렬 회로를 형성하고, 제동 저항 직렬 회로는 각각 하나의 개별 제동 저항과 상기 개별 제동 저항에 대해 직렬로 제동력 반도체를 포함하며, 제동력 반도체에는 프리휠 다이오드가 반대 방향으로 병렬 접속된다. 파워 반도체 직렬 회로는, 차단 가능한 파워 반도체가 바람직하게 구동됨으로써 서브 모듈의 연결 단자에서의 제로 전압 또는 에너지 저장 장치에서 강하하는 전압이 접속될 수 있도록 서브 모듈의 연결 단자에 연결된다. 상기의 유형과 방식으로, 파워 반도체 밸브의 직류 전압 연결부와 교류 전압 연결부 사이에서 강하하는 전압이 결정될 수 있다. 제동력 반도체가 바람직하게 구동됨으로써, 해당 에너지 저장 장치 내에 저장된 에너지가 제동력 반도체의 구동에 따라 열로 변환될 수 있다. 차단 가능한 제동력 반도체로는 소위 IGBT 또는 GTO가 바람직하게 사용된다. 차단 가능한 파워 반도체는 제어 펄스를 통해서만 차단 위치로부터 통과 위치로 전환될 수 있는 것은 아니다. 차단 가능한 파워 반도체는 통과 위치로부터 차단 위치로 능동적으로 즉, 제어되는 방식으로 전환될 수도 있다. 제동력 반도체의 구동은 예컨대 바람직한 펄스 폭 변조에 의해 실행될 수 있다.
이와 관련해서 바람직한 개선예에 따라, 각각의 개별 제동 저항에는 프리휠 다이오드가 병렬 접속된다. 상기의 방식으로 제동력 반도체는 제동력 반도체에 의한 전류 흐름이 가능한 통과 위치로부터 제동력 반도체에 의한 전류 흐름이 중단되는 차단 위치로 문제없이 전환될 수 있다. 개별 제동 저항에 의한 제동력 반도체의 차단 시점에서 차단 전류는 개별 제동 저항의 프리휠 다이오드에 의해 흐른다.
바람직하게 각각의 서브 모듈은 브릿징 수단에 할당된 서브 모듈을 손상 시에 브릿징하기 위한 브릿징 수단을 포함한다. 다시 말해, 에러의 경우 서브 모듈이 단락되므로, 단 하나의 서브 모듈이 고장난 경우 전체 파워 반도체 밸브가 차단되지 않아도 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 서브 모듈 직렬 회로 또는 복수의 서브 모듈 직렬 회로들은 컨버터의 양의 직류 전압 연결부와 음의 직류 전압 연결부 사이에서 접속될 수 있다. 다시 말해, 서브 모듈 직렬 회로(들)와 개별 제동 저항들은, 상기 부품들이 컨버터의 직류 전압 측에 배치될 수 있도록 설계된다. 컨버터는 예컨대 고전압 직류 전달 시스템 또는 전기 기계용 주파수 컨버터의 부품이다.
이와 관련해서 바람직한 개선예에 따라, 각각의 에너지 저장 장치에는 다이오드 직렬 회로가 병렬 접속되며, 다이오드 직렬 회로에는 2개 이상의 다이오드가 직렬 접속된다. 상기 실시예에 따르면 차단 가능하거나 제어 가능한 파워 반도체 대신에, 패시브 파워 반도체 즉, 비용 면에서 유리한 다이오드가 선택되며, 이는 하나의 방향으로의 전류 흐름만을 가능하게 하지만 능동적으로 제어되지는 못한다. 상기의 방식으로 각각의 서브 모듈을 위한 비용이 감소하는 동시에, 에너지 저장 장치도 여전히 충전될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 각각의 에너지 저장 장치와 각각의 다이오드 직렬 회로에는 개별 제동 저항과 상기 개별 제동 저항에 대해 직렬로 제동력 반도체를 포함하는 제동 저항 직렬 회로가 병렬 접속된다. 이미 앞에서 전술했던 바와 같이, 유효 출력은 상기의 유형과 방식에 따라 효율적으로 열로 변환될 수 있다.
바람직하게, 직렬 접속된 서브 모듈의 수는 1보다 큰데, 특히 3보다 크다. 개별 제동 저항을 구비한 서브 모듈의 수가 커짐에 따라, 열에 대한 전기 에너지 변환의 범위성(scalability)도 향상된다. 따라서 에너지는 목표한대로 감소할 수 있다. 개별 제동 저항을 구비한 서브 모듈의 수가 100보다 클 때 특히 바람직하다.
본 발명의 또 다른 부분은 고전압 기술 분야, 특히 전기 에너지 전달 및/또는 전기 에너지 분배의 분야에서 전기 전류 또는 전기 전압을 변환하기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 장치는 교류 전압 연결부와 직류 전압 연결부 사이에 접속되는 파워 반도체 밸브를 포함하고, 각각의 교류 전압 연결부는 제어 가능한 파워 반도체의 직렬 회로와 하나 이상의 제동 저항을 포함하는 상 브레이크 분기에 연결되며, 상 브레이크 분기는 델타 회로 또는 스타 회로를 형성하면서 서로 연결된다. 본 발명의 상기 실시예에 따라, 상기 장치는 컨버터와 브레이크 조절 장치를 포함한다. 브레이크 조절 장치는 컨버터의 교류 측에 배치된다. 유효 출력은 상기 유형과 방식으로, 마찬가지로 비용 면에서 유리하게 그리고 효율적으로 열로 변환될 수 있다. 교류 전압 연결부와 상 브레이크 분기 사이는 갈바닉 전기 방식으로 연결된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예와 장점들은 도면의 각각의 도면들을 참조로 한 본 발명의 실시예의 이하의 상세한 설명의 대상이며, 이때 동일한 도면 부호들은 동일한 도면을 참조한다.
도 1 내지 도 4는 종래 기술에 따른 장치들을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 상기 장치의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 9는 서브 모듈의 설계에 대한 실시예의 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시예의 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시예의 도면이다.
도 12는 도 11에 따른 장치의 서브 모듈을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4에는 종래 기술에 따른 장치들의 브레이크 조절 장치가 도시되어 있으며, 이는 상기의 상세한 설명 부분의 서두에서 이미 언급되었으므로 여기서는 이부분에 대해 더 자세히 언급하지 않아도 된다.
도 5에는 본 발명에 따른 장치(15)의 실시예가 도시되어 있다. 장치(15)는 바이폴라 서브 모듈(14)의 각각 하나의 직렬 회로를 포함하는 파워 반도체 밸브(7)를 구비하며, 이때 파워 반도체 밸브(7) 각각은 교류 전압 연결부(8)와 직류 전압 연결부(9 또는 10) 사이에서 연장된다. 장치(15)는, 복수의 상들을 포함하며 도 5에 도시되지 않은 교류 전압 공급 시스템에 대한 접속을 위해 제공된다. 전압 공급 시스템에 대한 접속을 위해 연결 수단, 예컨대 트랜스포머가 제공된다. 개관의 용이함을 위해 도 5에는 하나의 상만이 도시되어 있다. 그러나 본 발명에 따른 장치(15)의 교류 전압 측은 일반적으로 다상, 예컨대 3상으로 형성된다. 따라서 도 5에는 도 3에 따른 6펄스 브릿지 회로 중 일부만이 도시되어 있다. 그러나 장치(15)는 총 6개의 파워 반도체 밸브를 갖거나, 본 도면의 경우 서브 모듈 직렬 회로를 갖는다. 그러나, 본 발명의 범위 내에서는 하나의 상을 갖는 컨버터도 가능하다.
각각의 서브 모듈은 에너지 저장 장치(16), 차단 가능한 하나 이상의 파워 반도체(17) 및 개별 제동 저항(18)을 포함하며, 상기 부품들의 접속에 대해서는 추후에 더 정확히 언급하기로 한다.
도 6에는 본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시예가 도시되어 있으며, 도 6에는 도 5와 마찬가지로 바이폴라 서브 모듈(14)의 직렬 회로로 구성된 서브 모듈 직렬 회로(19)가 도시되어 있다. 그러나 본 도면에서도 각각의 서브 모듈은 에너지 저장 장치(16)와, 하나 이상의 파워 반도체(17) 및 개별 제동 저항(18)을 포함한다. 그러나, 서브 모듈의 구조는 도 5에 따른 서브 모듈의 구조와 상이하다.
도 7에는 도 5에 따른 서브 모듈(14)의 구조가 도시되어 있다. 접속 및 차단 가능한 2개의 파워 반도체(21, 22)와, 이에 대해 반대 방향으로 병렬 접속된 프리휠 다이오드(23, 24)로 구성된 파워 반도체 직렬 회로(20)가 병렬 접속되어 있는 커패시터(16)가 에너지 저장 장치임을 상기 도면으로부터 알 수 있다. 제어 가능한 파워 반도체들(21, 22) 사이의 연결점은 서브 모듈(14)의 연결 단자(25)의 전위 상에 놓인다. 이에 반해, 다른 연결 단자(26)는 파워 반도체(22)와 에너지 저장 장치(16) 사이의 연결점에 직접 연결된다. 파워 반도체(21 또는 22)가 바람직하게 구동됨으로써, 커패시터(16)에서 강하하는 전압이 연결 단자(25, 26)에 인가될 수 있다. 이 경우 파워 반도체 스위치(22)는 상기 파워 반도체 스위치의 중단 위치에 있는 반면, 파워 반도체(21)는 상기 파워 반도체의 통과 위치에 위치한다. 파워 반도체(21)가 상기 파워 반도체의 중단 위치에 있는 반면 파워 반도체(22)가 상기 파워 반도체의 통과 위치에 있으면, 연결 단자(25, 26)에는 제로 전압이 인가된다. 파워 반도체 직렬 회로(20)에 대해 병렬로 제동 저항 직렬 회로(27)가 접속된다. 제동 저항 직렬 회로(27)는 접속 및 차단 가능한 제동력 반도체(28)와, 상기 반도체에 대해 병렬로 반대 방향으로 접속된 프리휠 다이오드(29)를 포함한다. 제동 저항 직렬 회로(27)는 차단 가능한 제동력 반도체(28)에 대해 직렬로 개별 제동 저항(18)을 구비하며, 개별 제동 저항에는 마찬가지로 프리휠 다이오드(30)가 병렬 접속된다.
에러의 경우 서브 모듈(14)의 브릿징에는, 도시된 실시예에서 제어 가능한 사이리스터(32)와 상기 사이리스터에 대해 병렬 배치된 스위치(33)로 구성되는 브릿징 수단(31)이 사용된다. 에러의 경우, 정상 작동 시 중단 위치에 위치하는 사이리스터(32)가 트리거링되므로, 연결 단자(25, 26)가 신속하게 단락될 수 있다. 이는 직류 전압 중간 회로에서의 단락 시 높은 단락 회로 전류를 받는 프리휠 다이오드의 부하 감소를 위해 사용된다. 서브 모듈에서의 과전압 또는 브릿지 단락의 경우 사이리스터(32)의 트리거링과 동시에 스위치(33)가 폐쇄된다.
도 8에는 도 6에 따른 장치를 위한 서브 모듈(14)의 실시예가 도시되어 있다. 도 7에 도시된 서브 모듈(14)의 실시예와 달리, 제어 가능한 파워 반도체(21, 22 또는 23, 24)로 구성된 직렬 회로(20) 대신에, 다이오드 직렬 회로(34)가 제공되며, 다이오드 직렬 회로는 서로 동일한 방향으로 직렬 접속된 제1 다이오드(35)와 제2 다이오드(36)로 구성되어 있다. 다이오드들(35, 36) 사이의 접속점이 다시 제1 연결 단자(25)에 직접 연결되며, 이때 제2 연결 단자(26)는 커패시터(16)의 커패시터 플레이트들 중 하나의 플레이트의 전위 상에 놓인다. 도 6과 관련해서 이미 설명한 바와 같이, 연결 단자(25, 26)는 컨버터의 양의 직류 전압 연결부와 음의 직류 전압 연결부 사이에서 연장되는 직렬 회로의 부분이다. 연결 단자(25, 26)에서의 단극 관계에 기초해서, 커패시터(16)가 다이오드 장치에 의해 충전되는 것이 보장될 수 있다. 그에 반해 유효 출력이 통제되어 신속하게 열로 변환되어야 하면, 중단 위치로부터, 개별 제동 저항(18)에 의해 전류 흐름이 가능한 통과 위치로 접속 및 차단이 가능한 제동력 반도체(28)가 구동될 수 있다. 통과 위치로부터 차단 위치로 파워 반도체(28)가 능동적으로 전환될 경우, 개별 제동 저항(18)과, 상기 개별 제동 저항에 대해 병렬 접속된 프리휠 다이오드(30)에 의해 전류 흐름이 형성된다.
도 9에는, 브릿징 수단(31)이 기계식 스위치(33)에 의해서만 구현됨으로써 도 8에 따른 서브 모듈(14)의 실시예와 구별되는, 도 6에 따른 장치의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 그 외 나머지에 대해서는, 도 8에 대한 실시예가 상기 도면에서도 상응하게 적용된다.
도 10에는 본 발명의 또 다른 실시예가 도시되어 있으며, 상기 실시예에서 장치에 속하는 컨버터의 파워 반도체 밸브는 도면에 도시되어 있지 않다. 이 경우, 예컨대 컨버터의 6개의 파워 반도체 밸브는 각각 상 브레이크 분기(38)의 교류 전압 연결부(37)에 연결된 3개의 교류 전압 연결부를 포함하며, 이때 각각의 상 브레이크 분기(38)는 차단 가능한 파워 반도체(17)로 구성된 직렬 회로를 포함하며, 상기 파워 반도체에는 프리휠 다이오드가 반대 방향으로 병렬 접속된다. 또한, 각각의 상 브레이크 분기(38)는 개별 제동 저항(18)을 구비하며, 상 브레이크 분기(38)는 델타 회로에서 서로 연결된다. 그러나 이와 관련해서는 스타 회로도 가능하다.
도 11에는 본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시예가 도시되어 있으며, 상기 장치는 3상의 즉, 교류 전압을 유도하는 전압 공급 시스템에 대한 연결을 위해 제공된다. 공급 시스템에 대한 연결을 위해서는 3개의 교류 전압 연결부(37)가 다시 사용된다. 상기 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 장치가 컨버터에 대해 바로 인접하게 배치될 필요가 전혀 없다. 도 11에 도시된 장치는 컨버터와 무관하게 작동할 수 있다. 도 11에 따른 장치는 서브 모듈(40)의 직렬 회로를 포함하며, 서브 모듈의 구조는 도 12에 도시되어 있다. 도 11과 관련해서는 상 모듈(38) 즉, 서브 모듈의 직렬 회로(39)가 델타 회로에서 서로 연결되는 것이 또한 언급된다.
도 12에는 서브 모듈(40)의 구조가 더 정확히 도시되어 있다. 도 7에 도시된 서브 모듈(14)과 달리 도 12에 도시된 서브 모듈(40)은 H(Half) 브릿지 회로 또는 풀(Full) 브릿지 회로를 포함한다. 이로써 접속 및 차단 가능한 파워 반도체(21, 22)[상기 파워 반도체에는 프리휠 다이오드(23, 24)가 반대 방향으로 병렬 접속된다] 외에도, 접속 및 차단 가능한 또 다른 파워 반도체(41, 42)가 제공되며 상기 파워 반도체에도 마찬가지로 프리휠 다이오드(43, 44)가 반대 방향으로 병렬 접속된다. 차단 가능한 파워 반도체(41, 42)와 프리휠 다이오드(43, 44)는 다시, 에너지 저장 장치에 대해 평행하게 연장되는 직렬 회로(45)에 배치되며 본원에서 에너지 저장 장치는 커패시터(16)로서 다시 형성된다. 제1 연결 단자(25)는 차단 가능한 파워 반도체들(21, 22) 사이의 전위점에 갈바닉 전기 방식으로 연결되는 반면, 제2 연결 단자(26)는 차단 가능한 파워 반도체들(41, 42) 사이의 전위점에 갈바닉 전기 방식으로 연결된다. 상기의 방식으로, 연결 단자(25, 26)에 대해 에너지 저장 장치(16)에서 강하하는 전압뿐만 아니라 제로 전압도 강하할 수 있으며, 이는 도 7에 따른 하프 브릿지 회로의 경우와 같다. 도 12에 따라 연결 단자(25, 26)에서 에너지 저장 장치의 역 전압도 생성될 수 있다. 파워 반도체(21, 42)가 상기 반도체의 통과 위치에 위치하면, 커패시터(16)에서 강하하는 전압이 연결 단자에서도 강하한다. 그러나 파워 반도체(21, 42)가 차단 위치에 위치하고, 차단 가능한 파워 반도체(41, 22)가 상기 파워 반도체의 통과 위치에 위치하면, 커패시터(16)에서 강하하지만 상이한 연산 부호를 갖는 전압이 연결 단자(25, 26)에 인가된다.
다시, 서브 모듈(40)도 접속 및 차단 가능한 파워 반도체(28)와 상기 파워 반도체에 대해 반대 방향으로 병렬 접속된 프리휠 다이오드(29)를 다시 포함하는 제동 저항 직렬 회로(27)를 구비한다. 다시, 개별 제동 저항(18)에는 프리휠 다이오드(30)가 병렬 접속된다. 이로써 접속 및 차단 가능한 파워 반도체(28)가 구동됨으로써, 커패시터(16) 내에 저장된 에너지가 개별 제동 저항(18)에 의해 다시 열로 변환될 수 있다. 서브 모듈(40)의 브릿징과, 이로써 연결 단자(25, 26)의 단락에 다시 스위치(33)가 사용된다. 개관의 용이함의 이유로 본원에 또 다른 브릿징 수단이 도시되어 있지는 않지만, 상기 수단은 본 발명의 범주 내에서도 가능하다.

Claims (13)

  1. 구동 기술 및/또는 고전압 기술 분야에서 전기 에너지를 열로 변환하기 위해 사용되고 이러한 변환을 제어하기 위해 제동 저항과, 구동 가능한 하나 이상의 제동력 반도체를 구비한 전기 에너지 변환 장치(15)에 있어서,
    제동 저항은 바이폴라 서브 모듈(14)의 각각의 부분인 복수의 개별 제동 저항(18)을 포함하고, 이때 서브 모듈(14)은 서브 모듈 직렬 회로를 형성하면서 직렬로 접속되며, 각각 하나의 해당 개별 제동 저항(18)에 병렬 접속된 에너지 저장 장치(16)와, 제어 가능한 제동력 반도체(28)를 적어도 부분적으로 포함하고, 제동력 반도체는 제동 위치에서 각각의 해당 개별 제동 저항(18)에 의한 전류 흐름을 가능하게 하며 정상 작동 위치에서는 개별 제동 저항에 의한 전류 흐름을 중단하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치(15).
  2. 제1항에 있어서, 각각 적어도 부분적으로 컨버터의 파워 반도체 밸브들(7) 중 하나를 형성하는 복수의 서브 모듈 직렬 회로가 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치(15).
  3. 제2항에 있어서, 각각의 서브 모듈(14)은 제어 가능한 2개의 파워 반도체(21, 22)를 포함하며, 파워 반도체에는 각각 하나의 프리휠 다이오드(23, 24)가 반대 방향으로 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치(15).
  4. 제3항에 있어서, 제어 가능한 2개의 파워 반도체(21, 22)는 제동 저항 직렬 회로(27)에 병렬 접속된 파워 반도체 직렬 회로(26)를 형성하고, 제동 저항 직렬 회로(27)는 각각 하나의 개별 제동 저항(18)과 상기 개별 제동 저항에 대해 직렬로 제동력 반도체(28)를 포함하며, 제동력 반도체에는 프리휠 다이오드(29)가 반대 방향으로 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치(15).
  5. 제4항에 있어서, 개별 제동 저항(18)에는 프리휠 다이오드(30)가 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치(15).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 서브 모듈(14)은 손상 시에 서브 모듈(14)을 브릿징하기 위한 브릿징 수단(31)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치(15).
  7. 제1항에 있어서, 서브 모듈 직렬 회로 또는 서브 모듈 직렬 회로들은 컨버터의 양의 직류 전압 연결부(9)와 음의 직류 전압 연결부(10) 사이에서 접속될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치(15).
  8. 제7항에 있어서, 각각의 에너지 저장 장치(16)에는 다이오드 직렬 회로(34)가 병렬 접속되며, 다이오드 직렬 회로에는 2개 이상의 다이오드(35, 36)가 직렬 접속되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치(15).
  9. 제8항에 있어서, 각각의 에너지 저장 장치(16)와 각각의 다이오드 직렬 회로(34)에는 개별 제동 저항(18)과 상기 개별 제동 저항에 대해 직렬로 제동력 반도체(28)를 포함하는 제동 저항 직렬 회로(27)가 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치(15).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 개별 저항은 열 전도 방식으로 각각의 고유의 해당 냉각 장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치(15).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 서브 모듈의 수가 1보다 큰 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치(15).
  12. 구동 기술 및/또는 고전압 기술 분야에서 교류 전압 연결부(8)와 직류 전압 연결부(9, 10) 사이에 접속되는 파워 반도체 밸브(7)를 이용하여 전기 전류 또는 전기 전압을 변환하기 위한 장치이며, 각각의 교류 전압 연결부(8)는 제어 가능한 파워 반도체(16)의 직렬 회로와 하나 이상의 제동 저항(18)을 포함하는 상 브레이크 분기(38)에 연결되며, 상 브레이크 분기(38)는 델타 회로 또는 스타 회로를 형성하면서 서로 연결되는 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 개별 저항은 디스크 형태의 저항 디스크로 구성된 스택이며, 이때 저항 디스크는 소결된 재료로 구성되고 저항 디스크들의 평평한 측면이 서로 전기 압력 접촉되는 것을 특징으로 하는 장치(15).
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