LU500997B1 - Short-circuit protection for a converter - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft unter anderem einen Umrichter (100) zum Anschließen einer elektrischen Last (1) an ein Energieversorgungsnetz (2), aufweisend einen netzseitigen Stromrichter (10) und einen lastseitigen Stromrichter (20), wobei der netzseitige Stromrichter (10) und der lastseitige Stromrichter (20) über einen Gleichspannungs-Zwischenkreis (30) elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Gleichspannungs-Zwischen- kreis (30) zumindest eine Kurzschließeinrichtung (40, 50) aufweist, wobei die zumindest eine Kurz- schließeinrichtung (40, 50) ausgebildet ist, durch einen Kurzschlussstrom im Gleichspannungs-Zwi- 10 schenkreis (30) selbsttätig mindestens eine elektrisch leitende Verbindung zum Umleiten des Kurz- schlussstroms auszubilden. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines derartigen Umrich- ters (100) zum Anschließen einer elektrischen Last (1) an ein Energieversorgungsnetz (2).The invention relates, among other things, to a converter (100) for connecting an electrical load (1) to an energy supply network (2), having a line-side converter (10) and a load-side converter (20), the line-side converter (10) and the load-side Power converters (20) are electrically conductively connected to one another via a DC link (30). The invention is characterized in that the DC voltage intermediate circuit (30) has at least one short-circuiting device (40, 50), the at least one short-circuiting device (40, 50) being designed by a short-circuit current in the DC voltage intermediate 10 schenkreis (30) automatically form at least one electrically conductive connection for diverting the short-circuit current. The invention also relates to the use of such a converter (100) for connecting an electrical load (1) to an energy supply network (2).
Description
Kurzschlussschutz für einen Umrichter LU500997Short-circuit protection for a drive LU500997
Die Erfindung betrifft einen Umrichter zum Anschließen einer elektrischen Last an ein Energiever- sorgungsnetz, wobei der Umrichter eine Kurzschließeinrichtung umfasst. Ferner betrifft die Erfin- dung eine Verwendung eines derartigen Umrichters zum Anschließen einer elektrischen Last an einThe invention relates to a converter for connecting an electrical load to a power supply network, the converter comprising a short-circuiting device. Furthermore, the invention relates to the use of such a converter for connecting an electrical load to a
Energieversorgungsnetz.power grid.
Aus Gründen der elektrischen Sicherheit ist bei Netzanwendungen in der Regel ein Schutz vor Kurz- schlüssen erforderlich. Üblicherweise werden hierfür strombegrenzende Schaltelemente, wie z. B.For reasons of electrical safety, protection against short circuits is usually required for mains applications. Usually this current-limiting switching elements such. B.
Sicherungen und/oder Leistungsschutzschalter, verwendet. Kritische Parameter fiir diese Schaltele- mente sind hierbei oftmals der Durchlassstrom {Spitzenwert des Stromes, der vor der Abschaltung fließt) und/oder die erforderliche Auslôseenergie (z. B. Schmelzintegral einer Sicherung, also diefuses and/or circuit breakers used. Critical parameters for these switching elements are often the forward current (peak value of the current that flows before switching off) and/or the tripping energy required (e.g. melting integral of a fuse, i.e. the
Energie, die notwendig ist, die Abschaltung herbeizuführen). Die Anforderungen an die entspre- chenden Größen sind dabei abhängig von den Anschlusswerten des Versorgungsnetzes, demenergy necessary to bring about the shutdown). The requirements for the corresponding sizes depend on the connection values of the supply network, the
Schaltelement, der angeschlossenen Impedanz, die trotz Kurzschluss wirksam ist (Netzimpedanz,switching element, the connected impedance, which is effective despite a short circuit (network impedance,
Leitungsimpedanz usw.) sowie den weiteren Elementen, die den Kurzschlussstrom führen müssen.line impedance, etc.) and the other elements that must carry the short-circuit current.
Ein häufiges Problem beim Einsatz vorgenannter strombegrenzenden Schaltelementen ist hierbei, dass für ein nachgeschaltetes Schaltelement (z. B. Schütz, Motorschaltgerät o. à.) die zulässigenA frequent problem when using the aforementioned current-limiting switching elements is that for a downstream switching element (z. B. contactor, motor switching device o. à.) The permissible
Parameter überschritten werden könnten und daher kleinere Sicherungen ausgewählt werden müssen. Dies führt bei Schaltungen mit hohen Spitzenströmen (z. B. Anlaufströme von Motoren) zu einem Designkonflikt. Ferner können viele strombegrenzende Schaltelemente nur zu langsam hoheparameters could be exceeded and therefore smaller fuses must be selected. In the case of circuits with high peak currents (e.g. starting currents of motors), this leads to a design conflict. Furthermore, many current-limiting switching elements can only increase too slowly
Kurzschlussströme abschalten, sodass durch die nachgelagerten Elemente ggf. zu große Ströme flie- ßen, wodurch es dort zu Schäden kommen kann.Switch off short-circuit currents so that excessive currents may flow through the downstream elements, which can cause damage there.
Diese Problematik ist nicht zuletzt bei Frequenzumrichtern relevant, insbesondere da dort die An- forderungen bzgl. der Kurzschlussfestigkeit gestiegen sind. So ist bei Frequenzumrichtern in derLast but not least, this problem is relevant for frequency converters, especially since the requirements for short-circuit strength have increased there. This is the case with frequency converters in the
Regel im Zwischenkreis kein interner Schutz gegen Kurzschlüsse, z. B. aufgrund eines Isolationsscha- dens und/oder eines Defekts des Zwischenkreiskondensators, vorgesehen. Entsprechende Kurz- schluss-Versuche zeigen, dass derartige Fehler im Zwischenkreis mit einem relativ langsamen Kurz- schlussschutz (z. B. einem Circuit Breaker) massive Auswirkungen haben und die dabei entstehendeUsually no internal protection against short circuits in the intermediate circuit, e.g. B. due to insulation damage and / or a defect in the intermediate circuit capacitor provided. Corresponding short-circuit tests show that such faults in the intermediate circuit with a relatively slow short-circuit protection (e.g. a circuit breaker) have massive effects and the resulting
Druckwelle sogar zum Öffnen einer Schaltschranktür führen kann. Folglich besteht ein Bedarf an einer Lösung, mittels derer die Betriebssicherheit eines Umrichters, vorzugsweise eines Frequenzu- mrichters, erhöht werden kann.Pressure wave can even lead to the opening of a control cabinet door. Consequently, there is a need for a solution by means of which the operational reliability of a converter, preferably a frequency converter, can be increased.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine derartige Lösung bereitzustellen, wobei bevorzugt zudem LU500997The object of the invention is therefore to provide such a solution, with preference also being given to LU500997
Nachteile bisheriger Ansätze vermieden werden sollen. Insbesondere ist es dabei eine Aufgabe derDisadvantages of previous approaches should be avoided. In particular, it is a task of
Erfindung, einen schnellen und sicheren Kurzschlussschutz im Umrichter bereitzustellen, mittels dessen im Fehlerfall die Freisetzung von Energie nach außen möglichst vermieden werden kann.Invention to provide a fast and reliable short-circuit protection in the converter, by means of which the release of energy to the outside can be avoided as much as possible in the event of a fault.
Diese Aufgaben können mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst werden. Vorteil- hafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen An- sprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.These objects can be solved with the features of the independent claims. Advantageous embodiments and applications of the invention are the subject matter of the dependent claims and are explained in more detail in the following description with partial reference to the figures.
Gemäß einem ersten unabhängigen Aspekt wird ein Umrichter, vorzugsweise ein Frequenzumrich- ter, bereitgestellt. Bevorzugt dient der Umrichter dabei zum Anschließen einer elektrischen Last (z. B. eines Elektromotors) an ein (z. B. ein- oder mehrphasiges) Energieversorgungsnetz. Der, vor- zugsweise rückspeisefähige, Umrichter weist hierbei einen ersten Stromrichter auf, der zur besse- ren Unterscheidung im Folgenden auch als netzseitiger Stromrichter bezeichnet werden kann. Der netzseitige Stromrichter kann hierbei zum Anschluss an das Energieversorgungsnetz dienen und/oder ein oder mehrere Eingänge zum Anschluss an das Energieversorgungsnetz umfassen.According to a first independent aspect, a converter, preferably a frequency converter, is provided. The converter preferably serves to connect an electrical load (eg an electric motor) to a (eg single-phase or multi-phase) power supply network. The converter, preferably capable of regenerative feedback, has a first converter which, for better differentiation, can also be referred to below as a line-side converter. The grid-side power converter can be used for connection to the power supply grid and/or can include one or more inputs for connection to the power supply grid.
Weiterhin kann der netzseitige Stromrichter als ein Gleichrichter (z. B. als ein Diodengleichrichter) ausgebildet sein, der eine netzseitige Wechselspannung in eine Gleichspannung wandelt. Alternativ — kann der netzseitige Stromrichter auch als ein Gleichstromsteller ausgebildet sein.Furthermore, the line-side power converter can be designed as a rectifier (for example as a diode rectifier) which converts a line-side AC voltage into a DC voltage. Alternatively, the grid-side power converter can also be designed as a direct-current converter.
Ferner umfasst der Umrichter einen weiteren Stromrichter, der im Folgenden zur besseren Unter- scheidung als zweiter oder lastseitiger Stromrichter bezeichnet werden kann. Der lastseitige Strom- richter kann dabei zum Anschluss an die Last dienen und/oder ein oder mehrere Eingänge zumFurthermore, the converter includes a further converter, which can be referred to below as a second or load-side converter for better differentiation. The load-side converter can serve to connect to the load and / or one or more inputs to
Anschluss an die Last umfassen. Bevorzugt soll der lastseitige Stromrichter als ein, vorzugsweise selbstgeführter, Wechselrichter (z. B. ein IGBT-Wechselrichter) ausgebildet sein, der eine Gleich- spannung in eine lastseitige Wechselspannung wandelt. Jedoch kann auch der lastseitige Strom- richter alternativ als ein Gleichstromsteller ausgebildet sein.include connection to the load. The power converter on the load side should preferably be in the form of a preferably self-commutated inverter (eg an IGBT inverter), which converts a DC voltage into an AC voltage on the load side. However, the load-side power converter can alternatively be in the form of a direct-current chopper.
Weiterhin umfasst der Umrichter einen Gleichspannungs-Zwischenkreis. Uber den Gleichspan- nungs-Zwischenkreis sind der netzseitige Stromrichter und der lastseitige Stromrichter elektrisch leitend miteinander verbunden. Beispielsweise kann der Gleichspannungs-Zwischenkreis dazu ei- nen ersten Schaltungszweig (DC+) und einen zweiten Schaltungszweig (DC-) umfassen. Der ersteFurthermore, the converter includes a direct voltage intermediate circuit. The mains-side converter and the load-side converter are electrically conductively connected to one another via the DC link. For example, the DC link can include a first circuit branch (DC+) and a second circuit branch (DC-). The first
Schaltungszweig (DC+) kann dabei einen positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des netzsei-Circuit branch (DC+) can have a positive DC voltage-side connection of the line-side
tigen Stromrichters mit einem positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Strom- LU500997 richters verbinden, während der zweite Schaltungszweig (DC-) einen negativen gleichspannungs- seitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters mit einem negativen gleichspannungsseitigen An- schluss des lastseitigen Stromrichters verbindet. Vorzugsweise weist der Gleichspannungs-Zwi- schenkreis ferner einen oder mehrere Zwischenkreiskondensatoren zur Glättung der Spannung imLU500997 connect the power converter to a positive DC-side connection of the load-side converter, while the second circuit branch (DC-) connects a negative DC-side connection of the line-side converter to a negative DC-side connection of the load-side converter. The DC voltage intermediate circuit preferably also has one or more intermediate circuit capacitors for smoothing the voltage im
Zwischenkreis auf. Beispielsweise kann der Gleichspannungs-Zwischenkreis mehrere parallel und/oder in Reihe geschaltete Zwischenkreiskondensatoren umfassen.intermediate circuit on. For example, the DC voltage intermediate circuit can include a plurality of intermediate circuit capacitors connected in parallel and/or in series.
Der Umrichter zeichnet sich dabei dadurch aus, dass der Gleichspannungs-Zwischenkreis zumindest eine Kurzschließeinrichtung aufweist. Diese zumindest eine Kurzschließeinrichtung, ist dabei aus- gebildet, durch einen Kurzschlussstrom im Gleichspannungs-Zwischenkreis (z. B. infolge eines De- fekts eines Zwischenkreiskondensators) selbsttätig mindestens eine elektrisch leitende Verbindung auszubilden, wobei die mindestens eine elektrisch leitende Verbindung bevorzugt zum Umleiten und/oder Umkanalisieren des Kurzschlussstroms dient. Vorzugsweise ist die zumindest Kurzschlie-The converter is characterized in that the DC link has at least one short-circuiting device. This at least one short-circuiting device is designed to automatically form at least one electrically conductive connection as a result of a short-circuit current in the DC voltage intermediate circuit (e.g. as a result of a defect in an intermediate circuit capacitor), with the at least one electrically conductive connection preferably being used for rerouting and / or re-channelling of the short-circuit current is used. Preferably, the at least short-circuit
Reinrichtung somit dazu ausgebildet sein, falls ein Kurzschlussstrom im Gleichspannungs-Zwischen- kreis vorliegt, einen zusätzlichen Strompfad für den Kurzschlussstrom bereitzustellen (z. B. um die- sen vom Umrichter ins Energieversorgungsnetz abzuleiten), ohne dass hierfür Eingreifen von außen nötig wäre. Mit anderen Worten kann das Ausbilden der (zusätzlichen) elektrisch leitenden Verbin- dung (vermittelt durch den Kurzschlussstrom) automatisch erfolgen. Wie nachfolgend noch einge- hender dargestellt werden wird, kann dies z. B. mittels einer vordefinierten (zunächst isolierenden)The device can therefore be designed to provide an additional current path for the short-circuit current if there is a short-circuit current in the DC voltage intermediate circuit (e.g. to derive it from the converter into the power supply network), without external intervention being necessary for this. In other words, the (additional) electrically conductive connection (mediated by the short-circuit current) can be formed automatically. As will be explained in more detail below, this can e.g. B. by means of a predefined (initially isolating)
Soll-Durchschlagsstelle erfolgen, d. h. einer vordefinierten Schwächung der Schaltung, welche in- folge des Kurzschlussstroms leitend wird (Bypass). Auf vorteilhafte Weise kann dadurch selbsttätig eine Stromverlagerung über die neu ausgebildete leitende Verbindung bzw. den gezielt neu ge- schaffenen Strompfad ermöglicht werden, derart, dass zum Schutz der Komponenten des Umrich- ters der Fehlerstrom aus dem Zwischenkreis übernommen wird und an eine geeignete Stelle (z. B. zurück ins Energieversorgungsnetz) ableitetet wird.planned breakdown point, d. H. a predefined weakening of the circuit, which becomes conductive as a result of the short-circuit current (bypass). Advantageously, this can automatically shift the current via the newly formed conductive connection or the newly created current path in such a way that, to protect the components of the converter, the fault current is taken over from the intermediate circuit and fed to a suitable point ( z. B. back to the power supply network) is derived.
Nach einem ersten Aspekt kann die zumindest eine Kurzschließeinrichtung eine erste Kurzschließ- einrichtung aufweisen, die im Folgenden auch als erster Hilfskurzschluss bezeichnet werden kann.According to a first aspect, the at least one short-circuiting device can have a first short-circuiting device, which can also be referred to below as the first auxiliary short-circuit.
Die erste Kurzschließeinrichtung kann dabei einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter umfassen, wobei der zweite Leiter vom ersten Leiter (z. B. durch ein isolierendes Leiterplattenmaterial) elektrisch isoliert sein kann. Ferner kann der erste Leiter eine Leitungsengstelle (z. B. in Form einer abschnittsweisen Verjüngung des ersten Leiters) aufweisen, die im Folgenden als erste Leitungs- engstelle oder erste Zündelektrode bezeichnet werden kann. Die erste Leitungsengstelle kann da- bei derart ausgebildet sein und der zweite Leiter ferner derart an der ersten Leitungsengstelle des ersten Leiters vorbeigeführt sein, dass eine zwischen der ersten Leitungsengstelle und dem zweiten LU500997In this case, the first short-circuiting device can comprise a first conductor and a second conductor, it being possible for the second conductor to be electrically insulated from the first conductor (eg by an insulating circuit board material). Furthermore, the first conductor can have a line constriction (eg in the form of a section-wise narrowing of the first conductor), which can be referred to below as the first line constriction or first ignition electrode. The first line constriction can be designed in such a way and the second conductor can also be routed past the first line constriction of the first conductor in such a way that a line constriction between the first line constriction and the second LU500997
Leiter vorhandene Isolationsschicht (z. B. ein Kunststoff wie Polyurethan und/oder ein glasfaserver- stärkter Kunststoff wie FR4) bei einem Kurzschlussstrom über den ersten Leiter, vorzugsweise ther- misch, zerstört wird, sodass die vorgenannte zumindest eine elektrisch leitende Verbindung zwi- schen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter vorliegt. Bevorzugt ist die erste Kurzschließeinrich- tung somit ausgebildet, dass im Falle eines Kurzschlussstroms über den ersten Leiter eine gezielte thermische Belastung an der ersten Leitungsengstelle (Zündelektrode) induziert wird. Der erste Lei- ter bzw. die angrenzende Isolationsschicht können dabei infolge dieser lokalen (hohen) Übertem- peratur im Bereich der ersten Leitungsengstelle unter Ausbildung eines Plasmakanals zerstörbar sein, sodass ein Übersprechen auf den angrenzenden zweiten Leiter ermöglicht wird. Mit anderenConductor existing insulation layer (z. B. a plastic such as polyurethane and / or a glass fiber reinforced plastic such as FR4) is destroyed in a short-circuit current through the first conductor, preferably thermally, so that the aforementioned at least one electrically conductive connection between between the first conductor and the second conductor. The first short-circuiting device is preferably designed such that in the event of a short-circuit current via the first conductor, a targeted thermal load is induced at the first line constriction (ignition electrode). The first conductor or the adjoining insulation layer can be destructible as a result of this local (high) excess temperature in the area of the first line constriction, with the formation of a plasma channel, so that crosstalk to the adjoining second conductor is made possible. With others
Worten soll hier bevorzugt eine bewusste (lokale) Schädigung der Schaltung zur Ausbildung eines zusätzlichen Strompfads erfolgen, weshalb die erste Kurzschließeinrichtung auch als erste Soll-Words should preferably be a deliberate (local) damage to the circuit to form an additional current path, which is why the first short-circuiting device as the first target
Durchschlagsstelle bezeichnet werden kann. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch (im Kurzschluss- fall) von selbst eine Stromverlagerung über die neu ausgebildete bzw. gezielt geschaffene elektrisch leitende Verbindung ermöglicht werden, derart, dass der zweite Leiter den Fehlerstrom aus demBreakthrough point can be designated. Advantageously, this can (in the event of a short circuit) automatically allow a current shift via the newly formed or specifically created electrically conductive connection, such that the second conductor removes the fault current from the
Zwischenkreis übernimmt und an eine geeignete Stelle (z. B. zurück ins Energieversorgungsnetz) ableitet, sodass bevorzugt der ersten Kurzschließeinrichtung nachgelagerte Bauteile durch den Kur- schlussstrom nicht belastet werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass das Ausbilden des zusätz- lichen Strompfads nur wenige Millisekunden (vgl. Figur 6) benötigt und damit deutlich schneller als ein, vorzugsweise zusätzlich vorhandener, Leistungsschutzschalter (typ. 10-20 ms) schaltet.Intermediate circuit takes over and derives it at a suitable point (e.g. back into the power supply network), so that components downstream of the first short-circuiting device are preferably not loaded by the short-circuit current. It is particularly advantageous that the formation of the additional current path requires only a few milliseconds (cf. FIG. 6) and thus switches significantly faster than a power circuit breaker that is preferably additionally present (typically 10-20 ms).
Gemäß einem weiteren Aspekt können der erste Leiter und/oder der zweite Leiter zumindest ab- schnittsweise wellenförmig und/oder zick-zack-förmig und/oder mäanderförmig, vorzugsweise scharfkantig mäanderförmig, angeordnet sein. Bevorzugt kann dabei die erste Leitungsengstelle des ersten Leiters und/oder ein Endbereich des zweiten Leiters zumindest abschnittsweise wellen- förmig und/oder zick-zack-förmig und/oder (scharfkantig) mäanderförmig angeordnet sein. Die vorgenannten Ausführungen ermöglichen dabei auf vorteilhafte Weise, auf einem kleinen Raum eine möglichst lange Kurzschließeinrichtung unterzubringen. Ferner ermöglichen die Spitzen der vorgenannten Strukturen auf vorteilhafte Weise eine hohe Feldkonzentration und damit eine be- wusste Schwächung der dortigen Isolation bzw. Isolationsschicht.According to a further aspect, the first conductor and/or the second conductor can be arranged at least in sections in a wavy and/or zigzag shape and/or in a meandering shape, preferably in a sharp-edged meandering shape. Preferably, the first line constriction of the first conductor and/or an end area of the second conductor can be arranged at least in sections in a wavy and/or zigzag shape and/or (sharp-edged) meander shape. The aforementioned embodiments make it possible in an advantageous manner to accommodate the longest possible short-circuiting device in a small space. Furthermore, the tips of the aforementioned structures advantageously allow a high field concentration and thus a deliberate weakening of the insulation or insulation layer there.
Zudem oder alternativ können der erste Leiter und der zweite Leiter auch zumindest abschnitts- weise parallel zueinander angeordnet sein. D. h. der erste und zweite Leiter können somit bei der ersten Kurzschließeinrichtung bzw. bei der ersten Leitungsengstelle bevorzugt im gleichen Abstand nebeneinander verlaufen. Bevorzugt ist dabei ein Endbereich des zweiten Leiters zumindest ab- LU500997 schnittsweise parallel zur ersten Leitungsengstelle des ersten Leiters angeordnet. In einer lediglich beispielhaften Ausführungsform können z. B. der erste und zweite Leiter jeweils denselben Zick-In addition or as an alternative, the first conductor and the second conductor can also be arranged parallel to one another, at least in sections. i.e. the first and second conductors can thus preferably run next to one another at the same distance in the case of the first short-circuiting device or in the case of the first line constriction. An end region of the second conductor is preferably arranged at least in sections parallel to the first line constriction of the first conductor. In a merely exemplary embodiment, e.g. B. the first and second conductors each have the same zigzag
Zack-Verlauf aufweisen, wobei die entsprechenden Verläufe derart (z. B. planparallel) verschoben 5 bzw. versetzt zueinander angeordnet sind, dass der erste und zweite Leiter in diesem Bereich im- mer in einem festen Abstand zueinander verlaufen. In einer alternativen Ausführungsform kann der zweite Leiter in seinem Endbereich auch T-förmig ausgebildet sein, wobei der Querstrich der T-Zack progression, the corresponding progressions being shifted (e.g. plane-parallel) or offset from one another in such a way that the first and second conductors always run at a fixed distance from one another in this area. In an alternative embodiment, the second conductor can also be T-shaped in its end region, with the crossbar of the T
Form parallel zum ersten Leiter bzw. der ersten Leitungsengstelle verlaufend angeordnet sein kann.Shape can be arranged running parallel to the first conductor or the first line constriction.
Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine ausgedehnte Soll-Durchschlagsstelle bereitgestellt wer- den.In this way, an extended desired breakdown point can be provided in an advantageous manner.
Zudem oder alternativ können der erste Leiter und der zweite Leiter auch zumindest einen, vor- zugsweise mehrere, Richtungswechsel aufweisen. D. h. der erste und zweite Leiter können somit bei der ersten Kurzschließeinrichtung bzw. bei der ersten Leitungsengstelle bevorzugt ein oder mehrmals ihren Verlaub bzw. Richtungsverlauf verändern. Bevorzugt kann dabei die erste Leitungs- engstelle des ersten Leiters und/oder ein Endbereich des zweiten Leiters zumindest einen, vorzugs- weise mehrere, Richtungswechsel aufweisen. Lediglich beispielhaft können der erste und zweiteIn addition or as an alternative, the first conductor and the second conductor can also have at least one, preferably several, changes in direction. i.e. the first and second conductors can thus preferably change their course or direction once or several times in the case of the first short-circuiting device or in the case of the first line constriction. In this case, the first line constriction of the first conductor and/or an end region of the second conductor can preferably have at least one, preferably several, changes in direction. Merely by way of example, the first and second
Leiter z. B. zick-zack-förmig angeordnet sein, wobei auch andere richtungsändernde Geometrien möglich sind. Auch diese Variante ermöglicht auf vorteilhafte Weise, auf einem kleinen Raum eine möglichst lange Kurzschließeinrichtung unterzubringen.conductor e.g. B. be arranged in a zigzag shape, with other direction-changing geometries are possible. This variant also makes it possible in an advantageous manner to accommodate the longest possible short-circuiting device in a small space.
Nach einem weiteren Aspekt kann die zwischen der ersten Leitungsengstelle und dem zweiten Lei- ter vorhandene Isolationsschicht durch einen Stromfluss durch die erste Leitungsengstelle erwärm- bar sein. D. h. die Isolationsschicht kann somit an den ersten Leiter bzw. die erste Leitungsengstelle thermisch gekoppelt sein, um, insbesondere im Kurzschlussfall, Wärme von der ersten Leitungseng- stelle aufzunehmen. Zudem oder alternativ kann die Isolationsschicht (z. B. ein Kunststoff) auch ausgebildet sein, bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur zu schmelzen und/oder zu ver- dampfen. Bevorzugt kann dabei über das Material der Isolationsschicht und/oder über die Ausdeh- nung, insbesondere Dicke, der Isolationsschicht ein Zeitintervall einstellbar sein, bis die Isolations- schicht die vorbestimmte Temperatur erreicht bzw. zerstört wird und damit auch ein Zeitintervall, bis die Kurzschließeinrichtung (z. B. durch Funkenüberschlag, respektive Lichtbogen) elektrisch lei- tend wird, Eine für den konkreten Anwendungsfall geeignete Kombination aus Material und Geo- metrie der Isolationsschicht bzw. Geometrie der Kurzschließeinrichtung kann der Fachmann dabei z. B. durch entsprechende Vorversuche (Kurzschlusstests) ermitteln. Insgesamt können dadurch auf vorteilhafte Weise die Durchschlagseigenschaften der Kurzschließeinrichtung einstellbar bzw. vor- LU500997 gebbar sein.According to a further aspect, the insulation layer present between the first line constriction and the second conductor can be heatable by a current flow through the first line constriction. i.e. the insulation layer can thus be thermally coupled to the first conductor or the first line constriction in order to absorb heat from the first line constriction, particularly in the event of a short circuit. In addition or as an alternative, the insulation layer (eg a plastic) can also be designed to melt and/or evaporate when a predetermined temperature is reached. A time interval can preferably be set via the material of the insulation layer and/or via the extent, in particular thickness, of the insulation layer until the insulation layer reaches the predetermined temperature or is destroyed and thus also a time interval until the short-circuiting device ( A combination of material and geometry of the insulation layer or geometry of the short-circuiting device that is suitable for the specific application can be determined by a person skilled in the art, e.g. B. by appropriate preliminary tests (short-circuit tests). Overall, the breakdown properties of the short-circuiting device can be set or specified in an advantageous manner.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der zweite Leiter eine Leitungsengstelle aufweisen, die im Fol- genden zur besseren Unterscheidung als zweite Leitungsengstelle bezeichnet werden kann. Mit an- deren Worten kann sowohl der erste Leiter eine (erste) Leitungsengstelle als auch der zweite Leiter eine (zweite) Leitungsengstelle aufweisen. Vorzugsweise ist die zweite Leitungsengstelle dabei in einem Endbereich (z. B. an einem distalen Ende) des zweiten Leiters angeordnet. Unter dem Aus- druck ,Leitungsengstelle” kann dabei bevorzugt eine Einengung bzw. Verjüngung des jeweiligenAccording to a further aspect, the second conductor can have a line constriction, which can be referred to below as the second line constriction for better differentiation. In other words, both the first conductor can have a (first) line constriction and the second conductor can have a (second) line constriction. The second line constriction is preferably arranged in an end region (eg at a distal end) of the second conductor. The expression “line constriction” can preferably mean a narrowing or narrowing of the respective
Leiterquerschnitts verstanden werden, d. h. eine bewusste (lokale) Reduzierung der geometrischenbe understood conductor cross-section, d. H. a conscious (local) reduction of the geometric
Abmessungen des jeweiligen Leiters. Weiterhin kann die zweite Leitungsengstelle des zweiten Lei- ters benachbart zur ersten Leitungsengstelle des ersten Leiters angeordnet sein. Die erste und zweite Leitungsengstelle können somit, vorzugsweise dicht, beieinander und/oder in unmittelbarerDimensions of the respective conductor. Furthermore, the second line constriction of the second conductor can be arranged adjacent to the first line constriction of the first conductor. The first and second line constriction can thus, preferably close together and / or in the immediate
Nähe angeordnet sein. Bevorzugt werden die erste und zweite Leitungsengstelle somit lediglich durch die vorgenannte Isolationsschicht voneinander getrennt. Durch das entsprechende Vorsehen von zwei benachbart angeordneter Leitungsengstellen kann auf vorteilhafte Weise das Überspre- chend bzw. Ausbilden einer leitenden Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Leiter einge- stellt werden.be arranged near. The first and second line bottlenecks are thus preferably only separated from one another by the aforementioned insulation layer. By appropriately providing two adjacent line constrictions, crosstalk or the formation of a conductive connection between the first and second conductors can be set in an advantageous manner.
Nach einem weiteren Aspekt kann der Gleichspannungs-Zwischenkreis einen Schaltungszweig auf- weisen, der den netzseitigen Stromrichter und den lastseitigen Stromrichter miteinander (elektrisch leitend) verbindet, wobei der entsprechende Schaltungszweig zur besseren Unterschei- dung im Folgenden als erster Schaltungszweig bezeichnet werden kann. Lediglich beispielhaft kann der erste Schaltungszweig (z. B. in Form einer Leiterbahn oder Leiterschiene) dabei einen positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters mit einem positiven gleichspan- nungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters verbinden (DC+). Alternativ kann der ersteAccording to a further aspect, the DC voltage intermediate circuit can have a circuit branch which connects the line-side converter and the load-side converter to one another (electrically conductive), the corresponding circuit branch being referred to below as the first circuit branch for better differentiation. The first circuit branch (e.g. in the form of a strip conductor or conductor rail) can connect a positive DC voltage-side connection of the grid-side converter to a positive DC voltage-side connection of the load-side converter (DC+) purely by way of example. Alternatively, the first
Schaltungszweig auch einen negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Strom- richters mit einem negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters ver- binden (DC-). Weiterhin kann der erste Leiter der ersten Kurzschließeinrichtung im ersten Schal- — tungszweig oder vor dem ersten Schaltungszweig angeordnet sein. D. h. der erste Leiter bzw. die erste Leitungsengstelle kann bevorzugt ein (Teil-)Abschnitt des ersten Schaltungszweigs sein. Bei- spielsweise kann ein erstes Ende des ersten Leiters bzw. der ersten Leitungsengstelle (z. B. über einCircuit branch also connect a negative DC voltage-side connection of the mains-side converter to a negative DC voltage-side connection of the load-side converter (DC-). Furthermore, the first conductor of the first short-circuiting device can be arranged in the first circuit branch or in front of the first circuit branch. i.e. the first conductor or the first line constriction can preferably be a (partial) section of the first circuit branch. For example, a first end of the first conductor or the first line constriction (e.g. via a
Leiterstück des ersten Schaltungszweigs) mit dem netzseitigen Stromrichter elektrisch leitend ver- bunden sein und/oder ein zweites Ende des ersten Leiters bzw. der ersten Leitungsengstelle (z. B. über ein weiteres Leiterstück des ersten Schaltungszweigs) mit dem lastseitigen Stromrichter elektrisch leitend verbunden sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch bei einer Überlastung des LU500997Conductor section of the first circuit branch) be electrically conductively connected to the line-side converter and/or a second end of the first conductor or the first line constriction (e.g. via another conductor section of the first circuit branch) be electrically conductively connected to the load-side converter . Advantageously, if the LU500997
Gleichspannungs-Zwischenkreises durch ein Ansprechen der ersten Kurzschließeinrichtung eineDC voltage intermediate circuit by a response of the first short-circuiting device
Stromverlagerung aus dem Zwischenkreis ermöglicht werden.Current shift from the intermediate circuit can be made possible.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der Gleichspannungs-Zwischenkreis einen weiteren Schal- tungszweig aufweisen, der im Folgenden als zweiter Schaltungszweig bezeichnet werden kann. Be- vorzugt umfasst der Gleichspannungs-Zwischenkreis damit zwei Schaltungszweige. Wie der vorge- nannte erste Schaltungszweig kann auch der zweite Schaltungszweig den netzseitigen Stromrichter und den lastseitigen Stromrichter miteinander (elektrisch leitend) verbinden. Lediglich beispielhaft kann dabei z. B. der erste Schaltungszweig einen positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters mit einem positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigenAccording to a further aspect, the DC voltage intermediate circuit can have a further circuit branch, which can be referred to below as the second circuit branch. The DC voltage intermediate circuit thus preferably comprises two circuit branches. Like the aforementioned first circuit branch, the second circuit branch can also connect the line-side converter and the load-side converter to one another (electrically conductive). Merely as an example, z. For example, the first circuit branch has a positive DC voltage-side connection of the line-side converter with a positive DC voltage-side connection of the load side
Stromrichters verbinden, während z. B. der zweite Schaltungszweig (z. B. in Form einer Leiterbahn oder Leiterschiene) einen negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrich- ters mit einem negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters verbin- den kann. Weiterhin kann der zweite Leiter der ersten Kurzschließeinrichtung im zweiten Schal- tungszweig oder vor dem zweiten Schaltungszweig angeordnet sein. D. h. der zweite Leiter kann bevorzugt ein (Teil-)Abschnitt des zweiten Schaltungszweigs sein. Beispielsweise kann ein erstesConnect the converter while z. B. the second circuit branch (e.g. in the form of a strip conductor or conductor rail) can connect a negative DC voltage-side connection of the line-side converter to a negative DC voltage-side connection of the load-side converter. Furthermore, the second conductor of the first short-circuiting device can be arranged in the second circuit branch or in front of the second circuit branch. i.e. the second conductor can preferably be a (partial) section of the second circuit branch. For example, a first
Ende des zweiten Leiters bzw. der zweiten Leitungsengstelle (z. B. über ein Leiterstück des zweitenEnd of the second conductor or the second line constriction (e.g. via a conductor section of the second
Schaltungszweigs) mit dem netzseitigen Stromrichter elektrisch leitend verbunden sein und/oder ein zweites Ende des zweiten Leiters bzw. der zweiten Leitungsengstelle (z. B. über ein weiteresCircuit branch) to be electrically conductively connected to the line-side converter and / or a second end of the second conductor or the second line constriction (z. B. via another
Leiterstück des zweiten Schaltungszweigs) mit dem lastseitigen Stromrichter elektrisch leitend ver- bunden sein. Vorzugsweise befinden sich der erste Leiter und der zweite Leiter somit in unter- schiedlichen Schaltungszweigen des Gleichspannungs-Zwischenkreises, d. h. z. B. der erste Leiter im ersten Schaltungszweig und der zweite Leiter im zweiten Schaltungszweig. Auf vorteilhafteConductor section of the second circuit branch) to be electrically conductively connected to the load-side converter. The first conductor and the second conductor are therefore preferably located in different circuit branches of the DC link, i. H. e.g. B. the first conductor in the first circuit branch and the second conductor in the second circuit branch. On advantageous
Weise kann dadurch im Fehlerfall eine gezielte Verbindung zwischen den Schaltungszweigen desIn this way, in the event of a fault, a targeted connection between the circuit branches of the
Gleichspannungs-Zwischenkreises ermöglicht werden, um dadurch nachfolgende Komponenten vom Stromfluss abzutrennen.DC link circuit are made possible in order to separate subsequent components from the current flow.
Nach einem weiteren Aspekt kann der netzseitige Stromrichter einen ersten Netzanschluss zumAccording to a further aspect, the grid-side converter can have a first grid connection
Verbinden mit dem Energieversorgungsnetz aufweisen, Der erste Netzanschluss, welcher auch als erster netzseitiger Eingang des netzseitigen Stromrichters bezeichnet werden kann, kann dabei z. B. zum Anschließen an eine (erste) Phase (z. B. L1) eines Drehstrom-Energieversorgungsnetzes ausge- bildet sein. Der erste Netzanschluss kann hierzu z. B. ein oder mehrere Kontakteelemente (z. B.Have connection to the power supply network, the first network connection, which can also be referred to as the first network-side input of the network-side power converter, z. B. for connecting to a (first) phase (z. B. L1) of a three-phase power supply network. For this purpose, the first mains connection can e.g. B. one or more contact elements (e.g.
Schraub-, Federkraft- und/oder Schneidklemmkontakte) zum Anschluss eines Leiters des Energie- versorgungsnetzes umfassen, Weiterhin kann der zweite Leiter der ersten KurzschlieBeinrichtung mit dem vorgenannten ersten Netzanschluss des netzseitigen Stromrichters (elektrisch leitend) ver- LU500997 bunden sein. Beispielsweise kann der zweite Leiter über eine entsprechende Verbindungsleitung (z. B. in Form einer Leiterbahn) mit dem ersten Netzanschluss verbunden sein. Auf vorteilhafteScrew, spring force and/or insulation displacement contacts) for connecting a conductor of the energy supply network. Furthermore, the second conductor of the first short-circuiting device can be connected (electrically conductive) to the aforementioned first network connection of the network-side converter. For example, the second conductor can be connected to the first mains connection via a corresponding connecting line (e.g. in the form of a conductor track). On advantageous
Weise kann dadurch eine Stromverlagerung bzw. Ableitung des Kurzschlussstroms zum Eingang des netzseitigen Stromrichters erfolgen, wodurch die Energie am netzseitigen Stromrichter, insbeson- dere an dort ggf. vorhandenen Dioden, vorbeigeführt werden kann.As a result, the current can be shifted or the short-circuit current diverted to the input of the line-side converter, as a result of which the energy can be routed past the line-side converter, in particular any diodes that may be present there.
Um auf vorteilhafte Weise den Kurzschlussschutz des Umrichters weiter zu erhöhen, kann derIn order to advantageously further increase the short-circuit protection of the converter, the
Gleichspannungs-Zwischenkreis gemäß einem weiteren Aspekt eine weitere Kurzschließeinrich- tung aufweisen. Zur besseren Unterscheidung von der vorgenannten „ersten“ Kurzschließeinrich- tung kann diese (weitere) Kurzschließeinrichtung im Folgenden als „zweite“ Kurzschließeinrichtung bezeichnet werden. Die zweite Kurzschließeinrichtung kann dabei bevorzugt identisch zur erstenAccording to a further aspect, the DC voltage intermediate circuit has a further short-circuiting device. For better differentiation from the aforementioned "first" short-circuiting device, this (additional) short-circuiting device can be referred to below as the "second" short-circuiting device. The second short-circuiting device can preferably be identical to the first
Kurzschließeinrichtung aufgebaut sein, wobei die entsprechenden Komponenten zur besseren Un- terscheidbarkeit nachfolgend unterschiedlich referenziert werden. So kann die zweite Kurzschließ- einrichtung insbesondere einen dritten Leiter und einen vierten Leiter umfassen, wobei der vierteBe constructed short-circuiting device, the corresponding components for better distinguishability are referenced differently below. Thus, the second short-circuiting device can in particular comprise a third conductor and a fourth conductor, the fourth
Leiter vom dritten Leiter (z. B. durch ein isolierendes Leiterplattenmaterial) elektrisch isoliert sein kann. Ferner kann der dritte Leiter eine Leitungsengstelle (z. B. in Form einer abschnittsweisen Ver- jüngung des ersten Leiters) aufweisen, die zur Unterscheidung von den vorgenannten „ersten“ bzw. „zweiten“ Leitungsengstellen der ersten Kurzschließeinrichtung als ,dritte” Leitungsengstelle be- zeichnet werden kann. Weiterhin kann die dritte Leitungsengstelle derart ausgebildet sein und der vierte Leiter derart an der dritten Leitungsengstelle des dritten Leiters vorbeigeführt sein, dass eine zwischen der dritten Leitungsengstelle und dem vierten Leiter vorhandene weitere Isolations- schicht (z. B. ein Kunststoff wie Polyurethan) bei einem Kurzschlussstrom über den dritten Leiter, vorzugsweise thermisch, zerstört wird, sodass die vorgenannte zumindest eine elektrisch leitendeConductor from the third conductor (z. B. by an insulating circuit board material) may be electrically isolated. Furthermore, the third conductor can have a line constriction (e.g. in the form of a section-wise narrowing of the first conductor), which, in order to distinguish it from the aforementioned “first” or “second” line constrictions of the first short-circuiting device, is designated as a “third” line constriction. can be drawn. Furthermore, the third line constriction can be designed in such a way and the fourth conductor can be routed past the third line constriction of the third conductor in such a way that an additional insulating layer (e.g. a plastic such as polyurethane) between the third line constriction and the fourth conductor can Short-circuit current through the third conductor, preferably thermally, is destroyed, so that the aforementioned at least one electrically conductive
Verbindung zwischen dem dritten Leiter und dem vierten Leiter vorliegt. Analog zur ersten Kurz- schließeinrichtung kann auch die zweite Kurzschließeinrichtung bevorzugt ausgebildet sein, dass imConnection between the third conductor and the fourth conductor is present. Analogously to the first short-circuiting device, the second short-circuiting device can also be preferably designed such that in
Falle eines Kurzschlussstroms über den dritten Leiter eine gezielte thermische Belastung an der dritten Leitungsengstelle (Zündelektrode) induziert wird. Der dritte Leiter bzw. die angrenzende weitere Isolationsschicht können infolge dieser lokalen (hohen) Übertemperatur im Bereich derIn the event of a short-circuit current via the third conductor, a targeted thermal load is induced at the third cable constriction (ignition electrode). The third conductor or the adjacent further insulation layer can as a result of this local (high) excess temperature in the area
Leitungsengstelle unter Ausbildung eines Plasmakanals zerstörbar sein, sodass ein Ubersprechen auf den angrenzenden vierten Leiter ermöglicht wird, Auf vorteilhafte Weise kann dadurch zusätz- lich oder alternativ zu einem Auslösen der ersten Kurzschließeinrichtung selbsttätig eine (weitere)Line constriction can be destroyed with the formation of a plasma channel, so that crosstalk to the adjoining fourth conductor is made possible.
Stromverlagerung über den neu ausgebildeten bzw. gezielt geschaffenen Strompfad der zweitenCurrent shift via the newly formed or specifically created current path of the second
Kurzschließeinrichtung ermöglicht werden.Short-circuiting device are made possible.
Nach einer Weiterbildung dieses Aspekts kann der dritte Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung LU500997 — zudem oder alternativ zum zweiten Leiter der ersten Kurzschließeinrichtung — im vorgenannten zweiten Schaltungszweig des Gleichspannungs-Zwischenkreises angeordnet sein. Wie vorstehend bereits ausgeführt worden ist, kann der zweite Schaltungszweig dabei den netzseitigen Stromrich- ter und den lastseitigen Stromrichter miteinander (elektrisch leitend) verbinden. Beispielsweise kann der zweite Schaltungszweig (z. B. in Form einer Leiterbahn oder Leiterschiene) einen negati- ven gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters mit einem negativen gleich- spannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters verbinden, während z. B. der ersteAccording to a development of this aspect, the third conductor of the second short-circuiting device LU500997—in addition to or as an alternative to the second conductor of the first short-circuiting device—can be arranged in the aforementioned second circuit branch of the DC voltage intermediate circuit. As has already been explained above, the second circuit branch can connect the mains-side converter and the load-side converter to one another (electrically conductive). For example, the second branch of the circuit (e.g. in the form of a strip conductor or conductor rail) can connect a negative DC voltage-side connection of the line-side converter to a negative DC voltage-side connection of the load-side converter, while z. B. the first
Schaltungszweig einen positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters mit einem positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters verbinden kann. Bevorzugt kann der dritte Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung ferner ein (Teil-)Ab- schnitt des zweiten Schaltungszweigs sein. Beispielsweise kann ein erstes Ende des dritten Leiters bzw. der dritten Leitungsengstelle mit dem netzseitigen Stromrichter (z. B. über ein Leiterstück des zweiten Schaltungszweigs) elektrisch leitend verbunden sein und/oder ein zweites Ende des drittenCircuit branch can connect a positive DC voltage-side connection of the line-side converter with a positive DC voltage-side connection of the load-side converter. The third conductor of the second short-circuiting device can preferably also be a (partial) section of the second circuit branch. For example, a first end of the third conductor or the third line constriction can be electrically conductively connected to the line-side power converter (e.g. via a conductor piece of the second circuit branch) and/or a second end of the third
Leiters bzw. der dritten Leitungsengstelle (z. B. über ein weiteres Leiterstück des zweiten Schal- tungszweigs) mit dem lastseitigen Stromrichter elektrisch leitend verbunden sein.Head or the third line constriction (z. B. via another conductor piece of the second circuit branch) to be electrically conductively connected to the load-side power converter.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der netzseitige Stromrichter einen zweiten Netzanschluss zumAccording to a further aspect, the grid-side converter can have a second grid connection
Verbinden mit dem Energieversorgungsnetz aufweisen. Der zweite Netzanschluss, welcher auch als zweiter netzseitiger Eingang des netzseitigen Stromrichters bezeichnet werden kann, kann dabei z. B. zum Anschließen an eine (zweite) Phase (z. B. L3) eines Drehstrom-Energieversorgungsnetzes ausgebildet sein. Der zweite Netzanschluss kann hierzu z. B. ein oder mehrere Kontakteelemente (z. B. Schraub-, Federkraft- und/oder Schneidklemmkontakte) zum Anschluss eines Leiters des Ener- gieversorgungsnetzes umfassen. Weiterhin kann der vierte Leiter der zweiten Kurzschließeinrich- tung mit dem vorgenannten zweiten Netzanschluss des netzseitigen Stromrichters (elektrisch lei- tend) verbunden sein. Beispielsweise kann der vierte Leiter über eine entsprechende Verbindungs- leitung (z. B. in Form einer Leiterbahn) mit dem zweiten Netzanschluss verbunden sein. Auf vorteil- hafte Weise kann dadurch eine (weitere) Stromverlagerung bzw. Ableitung des Kurzschlussstroms zum Eingang des netzseitigen Stromrichters erfolgen, wodurch die Energie am netzseitigen Strom- — richter, insbesondere an dort ggf. vorhandenen Dioden, vorbeigeführt werden kann.Have connect to the power supply network. The second mains connection, which can also be referred to as the second mains-side input of the mains-side converter, can, for. B. for connection to a (second) phase (z. B. L3) be formed of a three-phase power supply network. For this purpose, the second mains connection can e.g. B. include one or more contact elements (z. B. screw, spring and / or insulation displacement contacts) for connecting a conductor of the energy supply network. Furthermore, the fourth conductor of the second short-circuiting device can be connected (electrically conductive) to the aforementioned second network connection of the network-side power converter. For example, the fourth conductor can be connected to the second mains connection via a corresponding connecting line (eg in the form of a conductor track). Advantageously, a (further) current transfer or derivation of the short-circuit current to the input of the grid-side converter can take place, whereby the energy can be routed past the grid-side converter, in particular any diodes that may be present there.
Nach einem weiteren Aspekt kann der vierte Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung über eine, vorzugsweise potentialfreie, Verbindungsleitung mit dem zweiten Leiter der ersten Kurzschließein- richtung (elektrisch leitend) verbunden sein. D. h. der Umrichter kann eine, vorzugsweise potenti- alfreie, Verbindungsleitung (z. B. in Form einer Leiterbahn) umfassen, über die die erste und zweiteAccording to a further aspect, the fourth conductor of the second short-circuiting device can be connected (electrically conductive) to the second conductor of the first short-circuiting device via a preferably potential-free connecting line. i.e. the converter can include a preferably potential-free connecting line (e.g. in the form of a conductor track) via which the first and second
Kurzschließeinrichtung miteinander verbunden sind. Lediglich beispielhaft kann dazu ein erstes LU500997 (distales) Ende der Verbindungsleitung mit dem zweiten Leiter der ersten Kurzschließeinrichtung verbunden sein und/oder ein zweites (distales) Ende der Verbindungsleitung mit dem vierten Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung verbunden sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch ein Zu- sammenführen der beiden Kurzschließeinrichtungen ermöglicht werden, um dadurch im Fehlerfall ggf. nachfolgende Komponenten vom Stromfluss abzutrennen.Short-circuiting device are connected to each other. For example, a first (distal) end of the connecting line can be connected to the second conductor of the first short-circuiting device and/or a second (distal) end of the connecting line can be connected to the fourth conductor of the second short-circuiting device. Advantageously, this allows the two short-circuiting devices to be brought together in order to separate subsequent components from the current flow in the event of a fault.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann — analog zu den Ausführungsvarianten der ersten Kurzschlie-According to a further aspect - analogous to the embodiment variants of the first short-
Beinrichtung — der dritte und vierte Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung zumindest ab- schnittsweise wellenfôrmig, zick-zack-förmig und/oder mäanderförmig, vorzugsweise scharfkantig mäanderförmig, angeordnet sein. Bevorzugt kann dabei die dritte Leitungsengstelle des dritten Lei- ters und/oder ein Endbereich des vierten Leiters zumindest abschnittsweise wellenförmig und/oder zick-zack-förmig und/oder (scharfkantig) mäanderförmig angeordnet sein. Diese Art derDevice - the third and fourth conductors of the second short-circuiting device can be arranged at least in sections in a wavy, zigzag and/or meandering pattern, preferably in a sharp-edged meandering pattern. The third line constriction of the third conductor and/or an end region of the fourth conductor can preferably be arranged in a wavy and/or zigzag shape and/or (sharp-edged) meander shape, at least in sections. This kind of
Ausführung ermöglicht wiederum auf vorteilhafte Weise, auf einem kleinen Raum eine möglichst lange Kurzschließeinrichtung unterzubringen. Ferner ermöglichen die Spitzen der vorgenanntenExecution in turn makes it possible in an advantageous manner to accommodate the longest possible short-circuiting device in a small space. Furthermore, the tips of the aforementioned allow
Strukturen auf vorteilhafte Weise eine hohe Feldkonzentration und damit eine bewusste Schwä- chung der dortigen Isolation bzw. Isolationsschicht.Structures advantageously have a high field concentration and thus a deliberate weakening of the local insulation or insulation layer.
Zudem oder alternativ können der dritte Leiter und der vierte Leiter der zweiten Kurzschließein- richtung zumindest abschnittsweise parallel zueinander angeordnet sein. D. h. der dritte und vierteIn addition or as an alternative, the third conductor and the fourth conductor of the second short-circuiting device can be arranged parallel to one another, at least in sections. i.e. the third and fourth
Leiter können somit bei der zweiten Kurzschließeinrichtung bzw. bei der dritten Leitungsengstelle bevorzugt im gleichen Abstand nebeneinander verlaufen. Bevorzugt ist dabei ein Endbereich des vierten Leiters zumindest abschnittsweise parallel zur dritten Leitungsengstelle des dritten Leiters angeordnet. Lediglich beispielhaft kann dabei der vierte Leiter in seinem Endbereich T-förmig aus- gebildet sein, wobei der Querstrich der T-Form parallel zum dritten Leiter bzw. der dritten Leitungs- engstelle verlaufend angeordnet sein kann. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine ausgedehnteConductors can thus preferably run side by side at the same distance at the second short-circuiting device or at the third line constriction. An end region of the fourth conductor is preferably arranged at least in sections parallel to the third line constriction of the third conductor. The fourth conductor can be designed in a T-shape in its end region, purely by way of example, with the crossbar of the T-shape being able to be arranged running parallel to the third conductor or the third line constriction. Advantageously, this allows an extensive
Soll-Durchschlagsstelle bereitgestellt werden.Target breakthrough point are provided.
Zudem oder alternativ können der dritte Leiter und der vierte Leiter der zweiten Kurzschließein- richtung auch zumindest einen, vorzugsweise mehrere, Richtungswechsel aufweisen. D. h. der dritte und vierte Leiter können somit bei der zweiten Kurzschließeinrichtung bzw. bei der drittenIn addition or as an alternative, the third conductor and the fourth conductor of the second short-circuiting device can also have at least one, preferably several, changes in direction. i.e. the third and fourth conductors can thus in the second short-circuiting device or in the third
Leitungsengstelle bevorzugt ein oder mehrmals ihren Verlauf bzw. Richtungsverlauf verändern. Be- vorzugt kann dabei die dritte Leitungsengstelle des dritten Leiters und/oder ein Endbereich des vierten Leiters zumindest einen, vorzugsweise mehrere, Richtungswechsel aufweisen. Beispiels- weise können der dritte und vierte Leiter z. B. mäanderförmig angeordnet sein, wobei auch andere richtungsändernde Geometrien möglich sind. Auch diese Variante ermöglichen auf vorteilhafte LU500997Line bottlenecks preferably change their course or direction one or more times. In this case, the third line constriction of the third conductor and/or an end region of the fourth conductor can preferably have at least one, preferably several, changes in direction. For example, the third and fourth conductors can be e.g. B. be arranged in a meandering shape, with other direction-changing geometries are possible. This variant also allows for advantageous LU500997
Weise, auf einem kleinem Raum eine möglichst lange Kurzschließeinrichtung unterzubringen.Way to accommodate the longest possible short-circuiting device in a small space.
Zudem oder alternativ kann die weitere (zwischen der dritten Leitungsengstelle und dem viertenIn addition or as an alternative, the further (between the third line constriction and the fourth
Leiter vorhandene) Isolationsschicht durch einen Stromfluss durch die dritte Leitungsengstelle er- wärmbar sein. D. h. die weitere Isolationsschicht kann somit an den dritten Leiter bzw. die dritteConductor existing) insulation layer can be heated by a current flow through the third line constriction. i.e. the further insulating layer can thus be connected to the third conductor or the third
Leitungsengstelle thermisch gekoppelt sein, um, insbesondere im Kurzschlussfall, Wärme von der dritten Leitungsengstelle aufzunehmen. Zudem oder alternativ kann die weitere Isolationsschicht (z. B. ein Kunststoff) auch ausgebildet sein, bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur zu schmelzen und/oder zu verdampfen. Bevorzugt kann dabei über das Material der weiteren Isolati- onsschicht und/oder über die Ausdehnung, insbesondere Dicke, der weiteren Isolationsschicht einLine constriction be thermally coupled to absorb heat from the third line constriction, especially in the event of a short circuit. In addition or as an alternative, the further insulating layer (e.g. a plastic) can also be designed to melt and/or evaporate when a predetermined temperature is reached. Preferably, the material of the further insulation layer and/or the extent, in particular the thickness, of the further insulation layer can be used
Zeitintervall einstellbar sein bis die weitere Isolationsschicht die vorbestimmte Temperatur erreicht bzw. zerstört wird und damit auch ein Zeitintervall bis die zweite Kurzschließeinrichtung (z. B. durchTime interval can be set until the further insulation layer reaches the predetermined temperature or is destroyed and thus also a time interval until the second short-circuiting device (e.g. by
Funkenüberschlag, respektive Lichtbogen) elektrisch leitend wird. Hinsichtlich des Zeitintervalls bzw. der Durchschlagseigenschaften kann die zweite Kurzschließeinrichtung dabei identisch zur ers- ten Kurzschließeinrichtung ausgebildet sein. Alternativ können die beiden Kurzschließeinrichtun- gen jedoch auch unterschiedlich ausgelegt sein.Flashover, or arc) becomes electrically conductive. With regard to the time interval or the breakdown properties, the second short-circuiting device can be designed identically to the first short-circuiting device. Alternatively, however, the two short-circuiting devices can also be designed differently.
Zudem oder alternativ kann der vierte Leiter auch eine Leitungsengstelle aufweisen, die im Folgen- den zur besseren Unterscheidung als vierte Leitungsengstelle bezeichnet werden kann. Mit ande- ren Worten kann bei der zweiten Kurzschließeinrichtung sowohl der dritte Leiter eine (dritte) Lei- tungsengstelle als auch der vierte Leiter eine (vierte) Leitungsengstelle aufweisen. Vorzugsweise ist die vierte Leitungsengstelle dabei in einem Endbereich (z. B. an einem distalen Ende) des viertenIn addition or as an alternative, the fourth conductor can also have a line constriction, which can be referred to below as the fourth line constriction for better differentiation. In other words, in the case of the second short-circuiting device, both the third conductor can have a (third) line constriction and the fourth conductor can have a (fourth) line constriction. The fourth line constriction is preferably in an end region (eg at a distal end) of the fourth
Leiters angeordnet. Weiterhin kann die vierte Leitungsengstelle des vierten Leiters benachbart zur dritten Leitungsengstelle des dritten Leiters angeordnet sein. Die dritte und vierte Leitungseng- stelle können somit, vorzugsweise dicht, beieinander und/oder in unmittelbarer Nähe angeordnet sein. Bevorzugt werden die dritte und vierte Leitungsengstelle somit lediglich durch die vorge- nannte weitere Isolationsschicht voneinander getrennt. Durch das entsprechende Vorsehen von zwei benachbart angeordneter Leitungsengstellen kann auf vorteilhafte Weise das Übersprechen bzw. Ausbilden einer leitenden Verbindung zwischen dem dritten und vierten Leiter eingestellt wer- den.conductor arranged. Furthermore, the fourth line constriction of the fourth conductor can be arranged adjacent to the third line constriction of the third conductor. The third and fourth line constriction can thus be arranged, preferably close together and/or in the immediate vicinity. The third and fourth line bottlenecks are thus preferably only separated from one another by the aforementioned further insulation layer. By appropriately providing two adjacent line constrictions, crosstalk or the formation of a conductive connection between the third and fourth conductors can be set in an advantageous manner.
Nach einem weiteren Aspekt kann die erste und/oder die zweite Kurzschließeinrichtung innerhalb einer Leiterplatte angeordnet sein. Zudem oder alternativ kann die erste und/oder die zweite Kurz-According to a further aspect, the first and/or the second short-circuiting device can be arranged within a printed circuit board. Additionally or alternatively, the first and/or the second short
schließeinrichtung auch zwischen zwei aneinander befestigten Leiterplatten angeordnet sein. Be- LU500997 vorzugt ist vorgesehen, dass alle Leitungen des Umrichters in einer Innenlage einer Leiterplatte ge- führt sind. Das entsprechende Anordnen der Leiter und insbesondere der ersten und/oder zweitenlocking device can also be arranged between two printed circuit boards fastened to one another. It is preferably provided that all the cables of the converter are routed in an inner layer of a printed circuit board. Arranging the conductors accordingly, and in particular the first and/or second
Kurzschließeinrichtung innerhalb der Leiterplatte hat dabei den Vorteil, dass die im Kurzschlussfall freiwerdende Energie möglichst innerhalb der Leiterplatte und damit nicht an anderen Oberfläche freigesetzt wird. Eine Plasmawolke an der Oberfläche der Leiterplatte, welche z. B. hinsichtlich Be- rührschutz und umherfliegender Bauteile infolge eines Druckstoßes ein Sicherheitsrisiko darstellen würde, kann damit effektiv vermieden werden.The short-circuiting device within the printed circuit board has the advantage that the energy released in the event of a short circuit is released as far as possible within the printed circuit board and thus not on another surface. A plasma cloud on the surface of the circuit board, which z. B. with regard to contact protection and components flying around as a result of a pressure surge would represent a safety risk can thus be effectively avoided.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der netzseitige Stromrichter ein dreiphasiger Stromrichter sein. Der netzseitige Stromrichter kann somit netzseitig zumindest drei Netzanschlüsse aufweisen,According to a further aspect, the grid-side converter can be a three-phase converter. The grid-side power converter can thus have at least three grid connections on the grid side,
Die Netzanschlüsse können dabei zum Anschließen jeweils einer Phase eines Drehstrom-Energie- versorgungsnetzes dienen und/oder ausgebildet sein. Zudem oder alternativ kann auch der lastsei- tige Stromrichter ein dreiphasiger Stromrichter sein. Entsprechend kann der lastseitige Stromrich- ter lastseitig zumindest drei Lastanschlüsse aufweisen. Die Lastanschlüsse können dabei zum An- schließen jeweils einer Phase einer Drehstromlast (z. B. jeweils einer Phase eines Drehstrom-Asyn- chronmotors) dienen und/oder ausgebildet sein.The mains connections can be used and/or designed to connect one phase of a three-phase power supply network. In addition or as an alternative, the load-side converter can also be a three-phase converter. Correspondingly, the load-side power converter can have at least three load terminals on the load side. The load terminals can be used and/or designed to connect one phase of a three-phase load (e.g. one phase of a three-phase asynchronous motor).
Nach einem weiteren Aspekt kann der Gleichspannungs-Zwischenkreis eine Zwischenkreiskonden- sator aufweisen. Bevorzugt dient der Zwischenkreiskondensator dabei zur Kompensation von Lei- tungsinduktivitäten bzw. zur Glättung der Spannung im Gleichspannungs-Zwischenkreis. Weiterhin können über den vorgenannten Zwischenkreiskondensator der erste und zweite Schaltungszweig elektrisch gekoppelt sein. Beispielsweise kann eine Elektrode des Zwischenkreiskondensators mit dem ersten Schaltungszweig (elektrisch leitend) verbunden sein, während eine zweite Elektrode des Zwischenkreiskondensators mit dem zweiten Schaltungszweig (elektrisch leitend) verbunden sein kann.According to a further aspect, the DC voltage intermediate circuit can have an intermediate circuit capacitor. The intermediate circuit capacitor is preferably used to compensate for line inductances or to smooth the voltage in the DC voltage intermediate circuit. Furthermore, the first and second circuit branches can be electrically coupled via the aforementioned intermediate circuit capacitor. For example, one electrode of the intermediate circuit capacitor can be connected to the first circuit branch (electrically conductive), while a second electrode of the intermediate circuit capacitor can be connected to the second circuit branch (electrically conductive).
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt wird eine Verwendung eines Umrichters, wie in die- sem Dokument beschrieben, zum Anschließen einer elektrischen Last (z. B. eines Elektromotors) an ein Energieversorgungsnetz bereitgestellt, Dabei sollen die im Zusammenhang mit dem Umrichter beschrieben Merkmale auch im Zusammenhang mit dessen Verwendung als offenbart gelten und beanspruchbar sein. Entsprechendes soll auch umgekehrt gelten. Das Verwenden des Umrichters umfasst dabei ein, vorzugsweise selbsttätiges, Ausbilden mindestens einer elektrisch leitenden Ver- bindung mittels der zumindest einen Kurzschließeinrichtung des Umrichters durch einen Kurz-According to a further independent aspect, use of a converter, as described in this document, is provided for connecting an electrical load (eg an electric motor) to an energy supply network. The features described in connection with the converter should also be used in connection shall be deemed disclosed and claimable with its use. The same should also apply vice versa. The use of the converter includes a preferably automatic formation of at least one electrically conductive connection by means of the at least one short-circuiting device of the converter by a short-circuit
schlussstrom im Gleichspannungs-Zwischenkreis. D. h. bevorzugt kann infolge des Kurzschluss- LU500997 stroms bzw. vermittelt durch den Kurzschlussstrom ein, vorzugsweise automatisches, Ausbilden ei- nes neuen bzw. zusätzlichen Strompfads erfolgen, wobei dieser vorzugsweise zum Umleiten desshort-circuit current in the DC link. i.e. preferably, as a result of the short-circuit LU500997 current or mediated by the short-circuit current, a preferably automatic formation of a new or additional current path can take place, this preferably being used to divert the
Kurzschlussstroms dient.Short-circuit current is used.
Im Fall, dass die zumindest einen Kurzschließeinrichtung die vorgenannte erste Kurzschließeinrich- tung umfasst, kann die Verwendung ferner ein, vorzugsweise thermisches, Zerstören der zwischen der ersten Leitungsengstelle und dem zweiten Leiter vorhandene Isolationsschicht bei einem Kurz- schlussstrom über den ersten Leiter umfassen, sodass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Leiter vorliegt. Bevorzugt kann hierbei die zwischen der ersten Leitungs- engstelle und dem zweiten Leiter vorhandene Isolationsschicht durch einen Stromfluss durch die erste Leitungsengstelle erwärmbar sein, wobei die Isolationsschicht (z. B. ein Kunststoff) ausgebil- det sein kann, bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur zu schmelzen und/oder zu verdamp- fen. D. h., mit anderen Worten kann die Verwendung — im Falle eines Kurzschlussstroms — ein ge- zieltes Induzieren einer thermischen Belastung an der ersten Leitungsengstelle umfassen, um dadurch die Isolationsschicht zu schmelzen und/oder zu verdampfen, sodass der erste und zweiteIf the at least one short-circuiting device includes the aforementioned first short-circuiting device, the use can also include destroying, preferably thermally, the insulation layer present between the first line constriction and the second conductor in the event of a short-circuit current via the first conductor, so that a there is an electrically conductive connection between the first and second conductors. Preferably, the insulation layer between the first line constriction and the second conductor can be heated by a current flow through the first line constriction, wherein the insulation layer (eg a plastic) can be designed to melt when a predetermined temperature is reached and/or to evaporate. In other words, in the case of a short-circuit current, the use can include a targeted induction of a thermal load at the first line constriction in order to thereby melt and/or vaporize the insulating layer, so that the first and second
Leiter (z. B. durch Funkenüberschlag, respektive Lichtbogen) elektrisch leitend verbunden sind. ImConductor (z. B. by sparking or arcing) are electrically connected. In the
Fall, dass der Umrichter zusätzlich auch eine vorgenannte zweite Kurzschliefeinrichtung umfasst, kann die Verwendung zudem oder alternativ auch ein, vorzugsweise thermisches, Zerstôren der zwischen der dritten Leitungsengstelle und dem vierten Leiter vorhandene weitere Isolations- schicht bei einem Kurzschlussstrom über den dritten Leiter, sodass eine elektrisch leitende Verbin- dung zwischen dem dritten und vierten Leiter vorliegt.If the converter also includes an aforementioned second short-circuit device, the use can also or alternatively also involve, preferably thermal, destruction of the further insulation layer present between the third line constriction and the fourth conductor in the event of a short-circuit current via the third conductor, so that a there is an electrically conductive connection between the third and fourth conductors.
Die zuvor beschriebenen Aspekte und Merkmale der Erfindung sind dabei beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug- nahme auf die beigefligten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:The aspects and features of the invention described above can be combined with one another as desired. Further details and advantages of the invention are described below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Figur 1: eine schematische Darstellung eines Umrichters gemäß einer ersten Ausführungs- form;FIG. 1: a schematic representation of a converter according to a first embodiment;
Figur 2: eine schematische Darstellung eines Umrichters gemäß einer zweiten Ausführungs- form;FIG. 2: a schematic representation of a converter according to a second embodiment;
Figur 3: eine schematische Darstellung eines Umrichters gemäß einer dritten Ausführungs- form;FIG. 3: a schematic representation of a converter according to a third embodiment;
Figur 4: eine schematische Detaildetaildarstellung einer Kurzschließeinrichtung gemäß ei- ner Ausführungsform;FIG. 4: a schematic detailed representation of a short-circuiting device according to one embodiment;
Figur 5: eine schematische Schnittdarstellung einer in einer Leiterplatte eingebettetenFIG. 5: a schematic sectional view of one embedded in a printed circuit board
Kurzschließeinrichtung gemäß einer Ausführungsform;Short-circuiting device according to one embodiment;
Figur 6: exemplarischer zeitlicher Verlauf eines Kurzschlussstroms innerhalb eines Umrich- ters mit einer Kurzschließeinrichtung gemäß einer Ausführungsform.FIG. 6: example of a short-circuit current over time within a converter with a short-circuiting device according to one embodiment.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen beschrieben und zum Teil nicht gesondert beschrieben.Identical or functionally equivalent elements are described with the same reference symbols in all figures and some of them are not described separately.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Umrichters 100 gemäß einer ersten Ausführungs- form. Vorzugsweise handelt es sich bei dem gattungsgemäßen Umrichter 100 dabei um einen Fre- quenzumrichter, d. h. eine Vorrichtung zur Umwandlung einer eingespeisten Wechselspannung in eine andere Wechselspannung (z. B. mit veränderter Frequenz und/oder Amplitude). Der Umrich- ter 100, der z. B. von einem Gehäuse 101 umhaust werden kann, kann bevorzugt zum Anschließen einer elektrischen Last 1, beispielsweise in Form eines Elektromotors, an ein Energieversorgungs- netz 2 dienen, wobei es sich bei dem Energieversorgungsnetz 2 vorliegend — lediglich beispielhaft — um ein Drehstrom-Energieversorgungsnetz handeln kann. Der, vorzugsweise rückspeisefähige,FIG. 1 shows a schematic representation of a converter 100 according to a first embodiment. H. a device for converting a fed-in AC voltage into another AC voltage (e.g. with a different frequency and/or amplitude). The converter 100, which e.g. B. can be encased by a housing 101, can preferably be used to connect an electrical load 1, for example in the form of an electric motor, to a power supply network 2, wherein the power supply network 2 is present - just as an example - a three-phase power supply network can act. The preferably regenerative
Umrichter 100 weist hierbei einen netzseitigen Stromrichter 10 auf. Der netzseitige Stromrichter 10 kann zum Anschluss an das Energieversorgungsnetz 2 dienen und entsprechend ein oder meh- rere Anschlüsse, vorliegend beispielhaft drei Anschlüsse 11, 12 und 13, zum Anschluss an das Ener- gieversorgungsnetz 2 umfassen. Lediglich beispielhaft kann der netzseitige Stromrichter 10 z. B. als ein Diodengleichrichter ausgebildet sein, der eingerichtet ist, eine netzseitige Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln.In this case, converter 100 has a line-side converter 10 . The line-side power converter 10 can be used for connection to the power supply system 2 and can accordingly include one or more connections, in the present example three connections 11 , 12 and 13 , for connection to the power supply system 2 . By way of example only, the line-side converter 10 z. B. be designed as a diode rectifier, which is set up to convert a mains-side AC voltage into a DC voltage.
Weiterhin umfasst der Umrichter 100 einen weiteren lastseitigen Stromrichter 20. Der lastseitigeFurthermore, the converter 100 includes a further load-side power converter 20. The load-side
Stromrichter 20 kann dabei zum Anschluss an die Last 1 dienen und entsprechend ein oder mehrerePower converter 20 can be used for connection to the load 1 and accordingly one or more
Anschlüsse, vorliegend beispielhaft drei Anschlüsse 21, 22 und 23, zum Anschluss an die Last 2 um- fassen. Beispielsweise kann der lastseitige Stromrichter 20 als ein, vorzugsweise selbstgeführter,Connections, in this case three connections 21, 22 and 23, for connection to the load 2 include. For example, the load-side power converter 20 can be used as a preferably self-commutated
Wechselrichter (z. B. ein IGBT-Wechselrichter) ausgebildet sein, der ausgebildet ist, eine Gleich- spannung in eine lastseitige Wechselspannung zu wandeln,Inverter (e.g. an IGBT inverter) that is designed to convert a DC voltage into an AC voltage on the load side,
Ferner weist der Umrichter 100 einen Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 auf. Uber den Gleichspan- LU500997 nungs-Zwischenkreis 30 sind der netzseitige Stromrichter 10 und der lastseitige Stromrichter 20 elektrisch leitend miteinander verbunden. Lediglich beispielhaft kann der Gleichspannungs-Zwi- schenkreis 30 dazu einen ersten Schaltungszweig 31 und einen zweiten Schaltungszweig 32 umfas- sen. Der erste Schaltungszweig 31 kann dabei einen positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters 10 mit einem positiven gleichspannungsseitigen Anschluss des last- seitigen Stromrichters 20 verbinden, während der zweite Schaltungszweig 32 einen negativen gleichspannungsseitigen Anschluss des netzseitigen Stromrichters 10 mit einem negativen gleich- spannungsseitigen Anschluss des lastseitigen Stromrichters 20 verbinden kann. Bevorzugt weist derFurthermore, the converter 100 has a direct voltage intermediate circuit 30 . The mains-side converter 10 and the load-side converter 20 are electrically conductively connected to one another via the DC link 30 . For this purpose, the DC voltage intermediate circuit 30 can comprise a first circuit branch 31 and a second circuit branch 32 purely by way of example. The first circuit branch 31 can connect a positive DC voltage-side connection of the grid-side converter 10 to a positive DC voltage-side connection of the load-side converter 20, while the second circuit branch 32 can connect a negative DC voltage-side connection of the grid-side converter 10 to a negative DC voltage-side connection of the load-side converter 20 can connect. Preferably, the
Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 ferner einen Zwischenkreiskondensator 33 zur Glättung derDC voltage intermediate circuit 30 also has an intermediate circuit capacitor 33 for smoothing the
Spannung im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 auf. Hierbei kann der dargestellte Zwischenkreis- kondensator 33 als Ersatzschaltbild für eine beliebige Zwischenkreiskapazität verstanden werden, sodass der Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 z. B. auch mehrere, z. B. parallel! und/oder in Reihe geschaltete, Zwischenkreiskondensatoren 33 umfassen kann. Der Zwischenkreiskondensator 33 kann dazu z. B. den ersten und zweiten Schaltungszweig 31, 32 elektrisch miteinander koppeln.Voltage in the DC link 30 on. Here, the intermediate circuit capacitor 33 shown can be understood as an equivalent circuit diagram for any intermediate circuit capacitance, so that the DC voltage intermediate circuit 30 z. B. also several, z. B. parallel! and/or intermediate circuit capacitors 33 connected in series. The intermediate circuit capacitor 33 can z. B. the first and second circuit branch 31, 32 electrically couple to each other.
Um nun auf vorteilhafte Weise einen schnellen und sicheren Kurzschlussschutz im Umrichter 100 bzw. im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 bereitzustellen, weist der Gleichspannungs-Zwischen- kreis 30 ferner zumindest eine Kurzschließeinrichtung auf, wobei die vorliegende beispielhafte Aus- führungsform nur eine (erste) Kurzschließeinrichtung 40 umfasst. Bevorzugt dient die zumindest eine Kurzschließeinrichtung 40 dabei zum Ausbilden eines zusätzlichen Strompfads im Fehlerfall.In order to advantageously provide rapid and safe short-circuit protection in the converter 100 or in the DC link 30, the DC link 30 also has at least one short-circuiting device, with the present exemplary embodiment only having a (first) short-circuiting device 40 includes. The at least one short-circuiting device 40 preferably serves to form an additional current path in the event of a fault.
Hierbei kann es sich z. B. um einen der folgenden exemplarischen Fehlerfälle handeln: ein internerThis can be z. B. be one of the following exemplary error cases: an internal
Kurzschluss (z. B. einer Diode) im netzseitigen Stromrichter 10, ein defektes Bauteil im lastseitigenShort circuit (z. B. a diode) in the line-side power converter 10, a defective component in the load side
Stromrichter 20 (z. B. ein Defekt in einer IGBT-Schaltung), ein Kurzschluss des Zwischenkreiskon- — densators 33, ein allgemeiner Isolationsfehler im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 und/oder einConverter 20 (e.g. a defect in an IGBT circuit), a short circuit in the intermediate circuit capacitor - capacitor 33, a general insulation fault in the DC intermediate circuit 30 and/or a
Isolationsfehler im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 durch Fremdeinwirkung (z. B. durch Feuch- tigkeit, Staub oder Metallspäne). Die zumindest eine Kurzschließeinrichtung, ist ausgebildet, durch einen Kurzschlussstrom im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 (z. B. infolge eines der vorgenanntenInsulation fault in the DC link 30 due to external influences (e.g. due to moisture, dust or metal shavings). The at least one short-circuiting device is designed to be triggered by a short-circuit current in the DC voltage intermediate circuit 30 (e.g. as a result of one of the aforementioned
Fälle) selbsttätig mindestens eine (zusätzliche) elektrisch leitende Verbindung auszubilden, wobei die mindestens eine elektrisch leitende Verbindung bevorzugt zum Umleiten und/oder Umkanali- sieren des Kurzschlussstroms dient.Cases) automatically form at least one (additional) electrically conductive connection, the at least one electrically conductive connection preferably serving to redirect and/or re-channel the short-circuit current.
Wie vorliegend dargestellt ist, kann die zumindest eine Kurzschließeinrichtung hierzu eine ersteAs shown here, the at least one short-circuiting device can have a first
Kurzschließeinrichtung 40 umfassen, deren beispielhafter Aufbau im Detail noch im Zusammen- hang mit Figur 4 noch eingehender beschrieben werden wird. Die erste Kurzschließeinrichtung 40 kann dabei einen ersten Leiter 41 und einen zweiten Leiter 42 umfassen. Der zweite Leiter kann LU500997 dabei vom ersten Leiter 41 (z. B. durch ein isolierendes Leiterplattenmaterial) elektrisch isoliert sein. Ferner kann der erste Leiter 41 eine erste Leitungsengstelle 43 (z. B. in Form einer abschnitts- weisen Verjüngung des ersten Leiters 41) aufweisen. Vorliegend ist die erste Leitungsengstelle 43 dabei lediglich beispielhafte zick-zack-förmig ausgebildet, d. h. der erste Leiter 41 verläuft dort in einer Zickzacklinie mit mehreren Richtungswechseln. Die entsprechenden Spitzen ermöglichen da- bei auf vorteilhafte Weise eine hohe Feldkonzentration und damit eine bewusste Schwächung der dortigen Isolation. Die erste Leitungsengstelle (43) kann ferner derart ausgebildet sein und der zweite Leiter 42 ferner derart an der ersten Leitungsengstelle 43 des ersten Leiters 41 vorbeigeführt sein (vgl. z. B. Figur 4), dass eine zwischen der ersten Leitungsengstelle 43 und dem zweiten Lei- ter 42 vorhandene Isolationsschicht 44 (z. B. ein Kunststoff wie Polyurethan) bei einem Kurzschluss- strom über den ersten Leiter 41, vorzugsweise thermisch, zerstört wird, sodass die vorgenannten mindestens eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten Leiter 41 und dem zweitenInclude short-circuiting device 40, the exemplary structure of which will be described in more detail in connection with FIG. The first short-circuiting device 40 can include a first conductor 41 and a second conductor 42 . The second conductor can be electrically insulated from the first conductor 41 (e.g. by an insulating circuit board material). Furthermore, the first conductor 41 can have a first line constriction 43 (eg in the form of a sectional narrowing of the first conductor 41). In the present case, the first line constriction 43 is merely embodied in a zigzag shape, ie. H. the first conductor 41 runs there in a zigzag line with several changes of direction. The corresponding peaks advantageously allow a high field concentration and thus a deliberate weakening of the insulation there. The first line constriction (43) can also be designed in such a way and the second conductor 42 can also be routed past the first line constriction 43 of the first conductor 41 (cf. e.g. Figure 4) such that a line constriction 43 and the second Conductor 42 existing insulation layer 44 (z. B. a plastic such as polyurethane) is destroyed in a short-circuit current through the first conductor 41, preferably thermally, so that the aforementioned at least one electrically conductive connection between the first conductor 41 and the second
Leiter 42 vorliegt.Head 42 is present.
Bevorzugt soll somit im Kurzschlussfall eine bewusste (lokale) Schädigung der ersten Kurzschließ- einrichtung 40 zur Ausbildung eines zusätzlichen Strompfads erfolgen, weshalb die erste Kurzschlie-In the event of a short circuit, deliberate (local) damage to the first short-circuiting device 40 should preferably take place in order to form an additional current path, which is why the first short-circuiting
Beinrichtung 40 auch als Soll-Durchschlagsstelle bezeichnet werden kann. Bevorzugt weist dazu auch der zweite Leiter 42 eine (z.B. ebenfalls zick-zack-förmig ausgebildete) Leitungsengstelle 45 auf, die zur besseren Unterscheidung als „zweite“ Leitungsengstelle 45 bezeichnet werden soll. Wie vorliegend beispielhaft dargestellt, kann die zweite Leitungsengstelle 45 dabei in einem Endbereich des zweiten Leiters 42 angeordnet sein und/oder benachbart zur ersten Leitungsengstelle 43 des ersten Leiters 41 angeordnet sein. Die erste und zweite Leitungsengstelle 43, 45 können somit, vor- zugsweise dicht, beieinander und/oder in unmittelbarer Nähe angeordnet sein und lediglich durch die, vorzugsweise dünne, Isolationsschicht 44 voneinander getrennt werden. Hierdurch kann, wie vorstehend bereits beschrieben wurde, auf vorteilhafte Weise im Kurzschlussfall selbsttätig eineBeinrichtung 40 can also be referred to as a target breakdown point. For this purpose, the second conductor 42 preferably also has a line constriction 45 (e.g. also designed in a zigzag shape), which should be referred to as the “second” line constriction 45 for better differentiation. As shown here by way of example, the second line constriction 45 can be arranged in an end area of the second conductor 42 and/or can be arranged adjacent to the first line constriction 43 of the first conductor 41 . The first and second line bottlenecks 43, 45 can thus be arranged, preferably close together, and/or in the immediate vicinity and only be separated from one another by the preferably thin insulating layer 44. This can, as already described above, automatically in an advantageous manner in the event of a short circuit
Stromverlagerung über den sodann mit dem ersten Leiters 41 verbundenen zweiten Leiters 42 er- möglicht werden, derart, dass dieser zweite Leiter 42 den Fehlerstrom aus dem Gleichspannungs-Current displacement via the second conductor 42, which is then connected to the first conductor 41, is made possible in such a way that this second conductor 42 absorbs the fault current from the DC voltage
Zwischenkreis 30 übernimmt und an eine geeignete Stelle ableitet, was nachfolgender noch einge- hender beschrieben werden wird. Da das Ausbilden des zusätzlichen Strompfads nur wenige Milli- sekunden (vgl. Figur 6) benötigt und damit deutlich schneller als ein, vorzugsweise zusätzlich vor- handener, Leistungsschutzschalter (typ. 10-20 ms) ist, kann auf vorteilhafte Weise insgesamt ein schneller und zuverlässiger Kurzschlussschutz für den Umrichter 100 bereitgestellt werden.Intermediate circuit 30 takes over and diverts it to a suitable point, which will be described in more detail below. Since the formation of the additional current path requires only a few milliseconds (see FIG. 6) and is therefore significantly faster than a circuit breaker that is preferably additionally present (typically 10-20 ms), a faster and reliable short-circuit protection for the converter 100 can be provided.
Nachdem vorstehend die grundsätzliche Funktionsweise der ersten Kurzschließeinrichtung 40 be- LU500997 schrieben wurde, soll nachfolgend auf die konkrete Anordnung der ersten Kurzschließeinrich- tung 40 im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 eingegangen werden. Gemäß der dargestellten bei- spielhafte Ausführungsform kann dabei der erste Leiter 41 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 im ersten Schaltungszweig 31 des Gleichspannungs-Zwischenkreises 30 angeordnet sein. D. h. der erste Leiter 41 kann somit bevorzugt als ein (Teil-)Abschnitt des ersten Schaltungszweigs 31 ausge- bildet sein. Beispielsweise kann dazu ein erstes Ende des ersten Leiters 41 bzw. der ersten Leitungs- engstelle 43 über ein (erstes) Leiterstück 31a des ersten Schaltungszweigs 31 mit dem netzseitigenAfter the basic functioning of the first short-circuiting device 40 has been described above, the specific arrangement of the first short-circuiting device 40 in the DC voltage intermediate circuit 30 will be discussed below. According to the exemplary embodiment shown, the first conductor 41 of the first short-circuiting device 40 can be arranged in the first circuit branch 31 of the DC link 30 . i.e. the first conductor 41 can thus preferably be designed as a (partial) section of the first circuit branch 31 . For example, a first end of the first conductor 41 or the first line constriction 43 can be connected via a (first) conductor section 31a of the first circuit branch 31 to the mains-side
Stromrichter 10 elektrisch leitend verbunden sein und ein zweites Ende des ersten Leiters 41 bzw. der ersten Leitungsengstelle 43 über ein (zweites) Leiterstück 31b des ersten Schaltungszweigs 31 mit dem lastseitigen Stromrichter 20 elektrisch leitend verbunden sein. Ferner kann gemäß der vorliegenden beispielhafte Ausführungsform der zweite Leiter 42 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 im zweiten Schaltungszweigs 32 des Gleichspannungs-Zwischenkreises 30 angeordnet sein. D. h. der zweite Leiter 42 kann somit bevorzugt als ein (Teil-)Abschnitt des zweiten Schaltungszweigs 32 — ausgebildet sein. Beispielsweise kann dazu ein erstes Ende des zweiten Leiters 42 bzw. der zweitenConverter 10 be electrically conductively connected and a second end of the first conductor 41 or the first line constriction 43 via a (second) conductor piece 31b of the first circuit branch 31 with the load-side converter 20 be electrically conductively connected. Furthermore, according to the present exemplary embodiment, the second conductor 42 of the first short-circuiting device 40 can be arranged in the second circuit branch 32 of the DC voltage intermediate circuit 30 . i.e. the second conductor 42 can thus preferably be embodied as a (partial) section of the second circuit branch 32-. For example, to a first end of the second conductor 42 or the second
Leitungsengstelle 45 über ein (erstes) Leiterstück 32a des zweiten Schaltungszweigs 32 mit dem netzseitigen Stromrichter 10 elektrisch leitend verbunden sein und ein zweites Ende des zweitenLine constriction 45 via a (first) conductor piece 32a of the second circuit branch 32 to be electrically conductively connected to the line-side power converter 10 and a second end of the second
Leiters 42 bzw. der zweiten Leitungsengstelle 45 über ein (zweites) Leiterstück 32b des zweitenConductor 42 and the second line constriction 45 via a (second) conductor section 32b of the second
Schaltungszweigs 32 mit dem lastseitigen Stromrichter 20 elektrisch leitend verbunden sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch im Fehlerfall eine gezielte Verbindung zwischen den Schaltungs- zweigen 31 und 32 des Gleichspannungs-Zwischenkreises 30 ermöglicht werden, um dadurch nach- folgende Komponenten vom Stromfluss abzutrennen.Circuit branch 32 can be electrically connected to the load-side converter 20 . Advantageously, in the event of a fault, a targeted connection between the circuit branches 31 and 32 of the DC voltage intermediate circuit 30 can be made possible in order to separate subsequent components from the current flow.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Umrichters 100 gemäß einer zweiten Ausfüh- rungsform. Der grundlegende Aufbau des Umrichters 100 aus netzseitigem Stromrichter 10 und lastseitigem Stromrichter 20, die über einen Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 einen elektrisch leitend verbunden sind, ist dabei identisch zur der vorstehend beschriebenen Ausführungsform.FIG. 2 shows a schematic representation of a converter 100 according to a second specific embodiment. The basic structure of the converter 100, consisting of a line-side converter 10 and a load-side converter 20, which are electrically conductively connected via a DC voltage intermediate circuit 30, is identical to the embodiment described above.
Allerdings unterscheidet sich in der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform die Anbin- dung/Anordnung der ersten Kurzschließeinrichtung 40. Zwar kann auch gemäß dieser Variante der erste Leiter 41 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 wiederum im ersten Schaltungszweig 31 desHowever, the connection/arrangement of the first short-circuiting device 40 differs in the present exemplary embodiment. According to this variant, the first conductor 41 of the first short-circuiting device 40 can in turn be in the first circuit branch 31 of the
Gleichspannungs-Zwischenkreises 30 angeordnet sein. D. h., der erste Leiter 41 bzw. die erste Lei- tungsengstelle 43 kann z. B. mittels eines ersten Leiterstücks 31a des ersten Schaltungszweigs 31 mit dem netzseitigen Stromrichter 10 elektrisch leitend verbunden sein und mittels eines zweitenDC link circuit 30 may be arranged. That is, the first conductor 41 or the first line constriction 43 can, for. B. by means of a first conductor piece 31a of the first circuit branch 31 with the line-side power converter 10 and by means of a second
Leiterstücks 31b des ersten Schaltungszweigs 31 mit dem lastseitigen Stromrichter 20 elektrisch leitend verbunden sein. Der zweite Leiter 42 bzw. die zweite Leitungsengstelle 45 der ersten Kurz- LU500997 schließeinrichtung 40 ist vorliegend beispielhaft jedoch (über ein Leiterstück 46) mit dem erstenConductor piece 31b of the first circuit branch 31 can be electrically conductively connected to the load-side converter 20 . The second conductor 42 or the second line constriction 45 of the first short-circuiting device 40 is LU500997 in the present example, however (via a conductor section 46) with the first
Netzanschluss 11 des netzseitigen Stromrichters 10 elektrisch leitend verbunden. Auf vorteilhafteMains connection 11 of the mains-side power converter 10 is electrically connected. On advantageous
Weise kann dadurch im Fehlerfall eine Stromverlagerung bzw. Ableitung des Kurzschlussstroms zum Eingang des netzseitigen Stromrichters 10 erfolgen, sodass die Energie am netzseitigen Strom- richter 10, insbesondere an dort ggf. vorhandenen Dioden, vorbeigeführt werden kann.In the event of a fault, this can result in a current shift or derivation of the short-circuit current to the input of the line-side converter 10, so that the energy can be routed past the line-side converter 10, in particular to any diodes that may be present there.
Zusätzlich zu der vorstehend beschrieben ersten Kurzschließeinrichtung 40 weist der Gleichspan- nungs-Zwischenkreis 30 in der dargestellten beispielhaften Ausführungsform eine weitere (zweite)In addition to the first short-circuiting device 40 described above, the DC voltage intermediate circuit 30 in the exemplary embodiment shown has a further (second)
Kurzschließeinrichtung 50 auf. Diese zweite Kurzschließeinrichtung 50 kann dabei (wie beispielhaft dargestellt) in ihrem prinzipiellen Aufbau grundsätzlich identisch zur ersten Kurzschließeinrichtung 40 ausgebildet sein, wobei die entsprechenden Komponenten jedoch zur besseren Unterscheidbar- keit unterschiedlich referenziert werden.Short-circuiting device 50 on. This second short-circuiting device 50 can (as shown by way of example) be designed in principle identical to the first short-circuiting device 40 in terms of its basic structure, with the corresponding components being referenced differently, however, for better differentiation.
So kann die zweite Kurzschließeinrichtung 50 einen dritten Leiter 51 und einen vierten Leiter 52 umfassen, wobei der vierte Leiter 52 vom dritten Leiter 51 (z. B. durch ein isolierendes Leiterplat- tenmaterial) elektrisch isoliert sein kann. Ferner kann der dritte Leiter 51 eine „dritte“ Leitungseng- stelle 53 (z. B. in Form einer abschnittsweisen Verjüngung des ersten Leiters) aufweisen. Vorliegend ist die dritte Leitungsengstelle 53 wiederum — lediglich beispielhaft — zick-zack-förmig ausgebildet.Thus, the second short-circuiting device 50 can comprise a third conductor 51 and a fourth conductor 52, it being possible for the fourth conductor 52 to be electrically insulated from the third conductor 51 (eg by an insulating printed circuit board material). Furthermore, the third conductor 51 can have a “third” line constriction 53 (eg in the form of a sectional narrowing of the first conductor). In the present case, the third line constriction 53 is again designed—just by way of example—in a zigzag shape.
Die dritte Leitungsengstelle 53 kann dabei derart ausgebildet sein und der vierte Leiter 52 derart an der dritten Leitungsengstelle 53 des dritten Leiters 51 vorbeigeführt sein, dass eine zwischen der dritten Leitungsengstelle 53 und dem vierten Leiter 52 vorhandene weitere Isolationsschicht 54 (z.The third line constriction 53 can be designed in such a way, and the fourth conductor 52 can be routed past the third line constriction 53 of the third conductor 51, in such a way that an additional insulation layer 54 (e.g.
B. ein Kunststoff wie Polyurethan) bei einem Kurzschlussstrom über den dritten Leiter 51, vorzugs- weise thermisch, zerstört wird, sodass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem drittenB. a plastic such as polyurethane) in a short-circuit current through the third conductor 51, preferably thermally, is destroyed, so that an electrically conductive connection between the third
Leiter 51 und dem vierten Leiter 52 vorliegt.Conductor 51 and the fourth conductor 52 is present.
Wie beispielhaft dargestellt, kann auch der vierte Leiter 52 wiederum eine (z. B. ebenfalls zick-zack- förmig ausgebildete) vierte Leitungsengstelle 55 aufweisen. Diese kann dabei, wie vorliegend dar- gestellt ist, in einem Endbereich des vierten Leiters 52 angeordnet sein und/oder benachbart zur dritten Leitungsengstelle 53 des dritten Leiters 51 angeordnet sein. Die dritte und vierte Leitungs- engstelle 53, 55 können somit, vorzugsweise dicht, beieinander und/oder in unmittelbarer Nähe angeordnet sein und lediglich durch die, vorzugsweise dünne, weitere Isolationsschicht 54 vonei- nander getrennt werden. Wie vorstehend bereits für die erste Kurzschließeinrichtung 40 beschrie- ben worden ist, kann somit auch mittels der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 auf vorteilhafteAs shown by way of example, the fourth conductor 52 can also in turn have a fourth line constriction 55 (e.g. likewise embodied in a zigzag shape). As shown here, this can be arranged in an end region of the fourth conductor 52 and/or arranged adjacent to the third line constriction 53 of the third conductor 51 . The third and fourth line bottlenecks 53, 55 can thus be arranged, preferably close together, and/or in the immediate vicinity and only be separated from one another by the preferably thin further insulating layer 54. As has already been described above for the first short-circuiting device 40, the second short-circuiting device 50 can also be advantageous
Weise im Kurzschlussfall selbsttätig ein weiterer Strompfad zum Ableiten des Kurzschlussstroms LU500997 ausgebildet werden.In the event of a short circuit, a further current path for dissipating the short circuit current LU500997 is automatically formed.
Vorliegend ist exemplarisch vorgesehen, dass auch mittels der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 ebenfalls ein Ableiten eines Kurzschlussstroms zum Eingang des netzseitigen Stromrichters 10 mög- lich ist. Dazu kann der dritte Leiter 51 der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 im zweiten Schaltungs- zweig 32 des Gleichspannungs-Zwischenkreises 30 angeordnet sein. D. h. der dritte Leiter 51 kann somit bevorzugt als ein (Teil-)Abschnitt des zweiten Schaltungszweigs 32 ausgebildet sein. Beispiels- weise kann dazu ein erstes Ende des dritte Leiters 51 bzw. der dritten Leitungsengstelle 53 über ein (erstes) Leiterstück 32a des zweiten Schaltungszweigs 32 mit dem netzseitigen Stromrichter 10 elektrisch leitend verbunden sein und ein zweites Ende des dritten Leiters 51 bzw. der dritten Lei- tungsengstelle 53 über ein (zweites) Leiterstück 32b des zweiten Schaltungszweigs 32 mit dem last- seitigen Stromrichter 20 elektrisch leitend verbunden sein.In the present case, it is provided, for example, that a short-circuit current can also be discharged to the input of the line-side converter 10 by means of the second short-circuiting device 50 . For this purpose, the third conductor 51 of the second short-circuiting device 50 can be arranged in the second circuit branch 32 of the DC voltage intermediate circuit 30 . i.e. the third conductor 51 can thus preferably be embodied as a (partial) section of the second circuit branch 32 . For example, a first end of the third conductor 51 or the third line constriction 53 can be electrically conductively connected to the line-side converter 10 via a (first) conductor piece 32a of the second circuit branch 32 and a second end of the third conductor 51 or the third Line constriction 53 can be connected in an electrically conductive manner to the load-side converter 20 via a (second) conductor piece 32b of the second circuit branch 32 .
Um die Verbindung zum Eingang des netzseitigen Stromrichters 10 herzustellen, kann der vierteIn order to establish the connection to the input of the line-side converter 10, the fourth
Leiter 52 bzw. die vierte Leitungsengstelle 55 der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 (z. B. über einConductor 52 or the fourth line constriction 55 of the second short-circuiting device 50 (e.g. via a
Leiterstück 56) mit dem zweiten Netzanschluss 12 des netzseitigen Stromrichters 10 elektrisch lei- tend verbunden sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch im Fehlerfall eine Stromverlagerung bzw. Ableitung des Kurzschlussstroms zum zweiten Netzanschluss 12 des netzseitigen Stromrich- ters 10 erfolgen. Durch das beispielhafte Vorsehen von zwei Kurzschließeinrichtungen 40 und 50 im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 kann somit je nach Fehlerfall ein zuverlässiger Schutz desConductor piece 56) with the second mains connection 12 of the mains-side converter 10 be electrically conductively connected tend. Advantageously, in the event of a fault, the current can be shifted or the short-circuit current diverted to the second mains connection 12 of the mains-side converter 10 . By the exemplary provision of two short-circuiting devices 40 and 50 in the DC voltage link 30, depending on the error, reliable protection of the
Umrichters 100 erreicht werden. Beispielsweise würden bei einer Überlastung im Gleichspannungs-Inverter 100 can be achieved. For example, in the event of an overload in the DC voltage
Zwischenkreis 30 (verdeutlicht durch Pfeil 81) beide Kurzschließeinrichtungen 40 und 50 anspre- chen, wohingegen bei einem Fehler nach Erde (verdeutlicht durch die Pfeile 82 und 83) auch jeweils nur einer der beiden Kurzschließeinrichtungen, d. h. z. B. nur die erste Kurzschließeinrichtung 40 oder nur die zweite Kurzschließeinrichtung 50 ansprechen kann.Intermediate circuit 30 (indicated by arrow 81), both short-circuiting devices 40 and 50 respond, whereas in the event of a fault to ground (indicated by arrows 82 and 83), only one of the two short-circuiting devices, i. H. e.g. B. only the first short-circuiting device 40 or only the second short-circuiting device 50 can respond.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Umrichters 100 gemäß einer dritten Ausführungs- form. Auch diese Ausführungsform weist exemplarisch zwei Kurzschließeinrichtungen 40 und 50 imFIG. 3 shows a schematic representation of a converter 100 according to a third embodiment. This embodiment also has two short-circuiting devices 40 and 50 in an example
Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 auf. Wie vorstehend bereits im Zusammenhang mit Figur 2 imDC link 30 on. As already mentioned above in connection with FIG
Detail beschrieben worden ist, kann gemäß dieser beispielhaften Variante der erste Leiter 41 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 wiederum im ersten Schaltungszweig 31 des Gleichspannungs-has been described in detail, according to this exemplary variant, the first conductor 41 of the first short-circuiting device 40 can in turn be in the first circuit branch 31 of the DC voltage
Zwischenkreises 30 angeordnet sein und der dritte Leiter 51 der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 wiederum im zweiten Schaltungszweig 51 des Gleichspannungs-Zwischenkreises 30 angeordnet sein. Im Vergleich zu der Variante gemäß Figur 2 sind vorliegend jedoch der zweite Leiter 52 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 und der vierte Leiter 52 der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 LU500997 nicht mit dem Eingang des netzseitigen Stromrichters 10 verbunden.Intermediate circuit 30 may be arranged and the third conductor 51 of the second short-circuiting device 50 may in turn be arranged in the second circuit branch 51 of the DC voltage intermediate circuit 30 . In comparison to the variant according to FIG. 2, however, the second conductor 52 of the first short-circuiting device 40 and the fourth conductor 52 of the second short-circuiting device 50 LU500997 are not connected to the input of the line-side converter 10 in the present case.
Gemäß der vorliegenden beispielhaften Variante ist der zweite Leiter 42 der ersten Kurzschließein- richtung über eine, vorzugsweise potentialfreie, Verbindungsleitung 60 mit dem vierten Leiter der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 elektrisch leitend verbunden. Beispielsweise kann dazu ein ers- tes (distales) Ende der Verbindungsleitung 60 mit dem zweiten Leiter 42 bzw. der zweiten Leitungs- engstelle 43 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 verbunden sein und/oder ein zweites (distales)According to the present exemplary variant, the second conductor 42 of the first short-circuiting device is electrically conductively connected to the fourth conductor of the second short-circuiting device 50 via a preferably potential-free connecting line 60 . For example, a first (distal) end of the connecting line 60 can be connected to the second conductor 42 or the second line constriction 43 of the first short-circuiting device 40 and/or a second (distal)
Ende der Verbindungsleitung 60 mit dem vierten Leiter 52 bzw. der vierten Leitungsengstelle 43 der zweiten Kurzschließeinrichtung 50 verbunden sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch einThe end of the connecting line 60 can be connected to the fourth conductor 52 or the fourth line constriction 43 of the second short-circuiting device 50 . Advantageously, this allows a
Zusammenführen der beiden Kurzschließeinrichtungen 40 und 50 ermöglicht werden, um dadurch im Fehlerfall ggf. nachfolgende Komponenten vom Stromfluss abzutrennen.Merging of the two short-circuiting devices 40 and 50 are made possible in order to separate subsequent components from the current flow in the event of a fault.
Figur 4 zeigt eine schematische Detaildetaildarstellung einer Kurzschließeinrichtung gemäß einerFigure 4 shows a schematic detailed representation of a short-circuiting device according to a
Ausführungsform. Lediglich beispielhaft sind die entsprechenden Komponenten dabei in Bezug auf die Nomenklatur der ersten Kurzschließeinrichtung 40 beschrieben. Für den Fachmann ist es jedoch sofort offensichtlich, dass auch die zweite Kurzschließeinrichtung 50 entsprechend ausgebildet sein kann. Die beispielhaft dargestellte erste Kurzschließeinrichtung 40 weist dabei einen ersten Leiter 41 (z. B. in Form einer Leiterbahn) und einen zweiten Leiter 42 (z. B. in Form einer Leiterbahn). Der zweite Leiter 42 ist hierbei vom ersten Leiter 41, z. B. durch ein nicht näher dargestelltes isolieren- des Leiterplattenmaterial, elektrisch isoliert. Ferner der erste Leiter 41 eine Leitungsengstelle auf, die zur besseren Unterscheidung als erste Leitungsengstelle 43 bezeichnet werden soll. Bei der ers- ten Leitungsengstelle 43 handelt es sich bevorzugt um eine (lokale) Verjüngung des Leiterquer- schnitts. D. h. der erste Leiter 41 kann im Bereich der ersten Leitungsengstelle 43 z. B. dünner als vor und/oder nach der ersten Leitungsengstelle 43 ausgebildet sein. Lediglich beispielhaft kann die erste Leitungsengstelle 43 z. B. zick-zack-fôrmig ausgebildet sein, d. h. der erste Leiter 41 kann dort in einer Zickzacklinie mit entsprechenden Leiterspitzen verlaufen.embodiment. The corresponding components are described with reference to the nomenclature of the first short-circuiting device 40 merely as an example. However, it is immediately obvious to a person skilled in the art that the second short-circuiting device 50 can also be designed accordingly. The first short-circuiting device 40 shown as an example has a first conductor 41 (eg in the form of a conductor track) and a second conductor 42 (eg in the form of a conductor track). The second conductor 42 is in this case from the first conductor 41, z. B. electrically isolated by an insulating circuit board material not shown in detail. Furthermore, the first conductor 41 has a line constriction, which should be referred to as the first line constriction 43 for better differentiation. The first line constriction 43 is preferably a (local) narrowing of the conductor cross section. i.e. the first conductor 41 can in the first line constriction 43 z. B. thinner than before and / or after the first line constriction 43 may be formed. For example only, the first constriction 43 z. B. be zigzag-shaped, i. H. the first conductor 41 can there run in a zigzag line with corresponding conductor tips.
Auch der zweite Leiter 42 kann ferner, wie beispielhaft dargestellt ist, eine Leitungsengstelle auf, die zur besseren Unterscheidung als zweite Leitungsengstelle 45 bezeichnet werden soll, Beispiels- weise kann die zweite Leitungsengstelle 45, wie dargestellt, in einem Endbereich des zweiten Lei- ters 42 angeordnet sein. Bevorzugt ist dabei auch die zweite Leitungsengstelle 45 des zweiten Lei- ters 42 zick-zack-fôrmig ausgebildet. Weiterhin kann die zweite Leitungsengstelle 45 des zweitenThe second conductor 42 can also, as shown by way of example, have a line constriction, which should be referred to as the second line constriction 45 for better differentiation. For example, the second line constriction 45, as shown, can be in an end area of the second conductor 42 be arranged. The second line constriction 45 of the second conductor 42 is preferably also designed in a zigzag shape. Furthermore, the second line constriction 45 of the second
Leiters 42 benachbart zur ersten Leitungsengstelle 43 des ersten Leiters 41 angeordnet sein. Bei-Conductor 42 may be arranged adjacent to the first line constriction 43 of the first conductor 41. At-
spielsweise können die erste und zweite Leitungsengstelle 43, 45, vorzugsweise in geringem Ab- LU500997 stand zueinander, planparallel versetzt angeordnet sein. Die erste und zweite Leitungsengstelle 43, 45 können somit lediglich durch eine, vorzugsweise dünne, Isolationsschicht 44 (nicht ausdrücklich dargestellt) voneinander getrennt werden. Durch diese Geometrie der ersten Kurzschließeinrich- tung 40 kann auf vorteilhafte Weise eine (definierte) Soll-Durchschlagsstelle bereitgestellt werden, die im Fehlerfall ein entsprechendes Ausbilden einer leitenden Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Leiter 41, 42 durch ein kurschlussstrominduziertes Zerstören der Isolationsschicht 44 ermöglicht.For example, the first and second line bottlenecks 43, 45 can be arranged offset plane-parallel, preferably at a small distance from one another. The first and second line constriction 43, 45 can thus only be separated from one another by a preferably thin insulating layer 44 (not expressly shown). This geometry of the first short-circuiting device 40 can advantageously provide a (defined) target breakdown point which, in the event of a fault, enables a corresponding formation of a conductive connection between the first and second conductors 41, 42 by destroying the insulation layer 44 induced by a short-circuit current.
Figur 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer in einer Leiterplatte 70 eingebetteten Kurz- schließeinrichtung gemäß einer Ausführungsform. Für eine möglichst hohe Bediensicherheit beim beanspruchten Umrichter 100 ist bevorzugt vorgesehen, alle Leitungen des Umrichters 100 vomFIG. 5 shows a schematic sectional illustration of a short-circuiting device embedded in a printed circuit board 70 according to an embodiment. For the highest possible operating safety in the claimed converter 100, all lines of the converter 100 are preferably provided
Netzeingang bis zum Lastausgang in einer Innenlage einer Leiterplatte 70 zu führen. Figur 5 zeigt hierzu eine entsprechende Schnittdarstellung im Bereich der ersten Kurzschließeinrichtung 40 imLead mains input to the load output in an inner layer of a printed circuit board 70. FIG. 5 shows a corresponding sectional view in the area of the first short-circuiting device 40 in this regard
Gleichspannungs-Zwischenkreis 30. In der Mitte der Leiterplatte, welche z. B. aus keramischen Ma- terialien, Kunststoffen wie Polyamid bzw. Polytetrafluorethylen, und/oder anderen Materialien be- stehen kann, ist vorliegend beispielhaft die erste Kurzschließeinrichtung 40 angeordnet. Dargestellt ist dabei ein Schnitt durch die erste und zweite Leitungsengstelle 43, 45, welche durch eine Isolati- onsschicht 44 voneinander getrennt werden. Der Abstand der ersten Leitungsengstelle 43 von der 8 zweiten Leitungsengstelle 45 bzw. die Dicke der trennenden Isolationsschicht 44 kann dabei, wie vorliegend dargestellt, geringer als die laterale Ausdehnung des jeweils ersten bzw. zweiten Leiters 41, 42 im Bereich der jeweiligen Leitungsengstelle 43, 45 sein. Weiterhin kann die Leiterplatte 70 weitere Leitungslagen umfassen, wobei vorliegend hierzu lediglich beispielhaft die Leitungslagen 71, 72, 73 und 74 dargestellt sind. Durch ein entsprechendes Anordnen der ein oder mehrerenDC link 30. In the middle of the circuit board, which z. B. can consist of ceramic materials, plastics such as polyamide or polytetrafluoroethylene, and/or other materials, the first short-circuiting device 40 is arranged here by way of example. A section through the first and second line bottlenecks 43, 45, which are separated from one another by an insulating layer 44, is shown. The distance between the first line constriction 43 and the second line constriction 45 or the thickness of the separating insulation layer 44 can, as shown here, be less than the lateral extension of the respective first or second conductor 41, 42 in the region of the respective line constriction 43, 45 be. Furthermore, the printed circuit board 70 can include further line layers, with the line layers 71, 72, 73 and 74 being shown here merely as examples. By appropriately arranging the one or more
Kurzschließeinrichtungen innerhalb der Leiterplatte 70 hat dabei den Vorteil, dass die im Kurz- schlussfall freiwerdende Energie möglichst innerhalb der Leiterplatte und damit nicht an anderenShort-circuiting devices within the printed circuit board 70 has the advantage that the energy released in the event of a short circuit is as far as possible within the printed circuit board and therefore not on others
Oberfläche freigesetzt wird.surface is released.
Figur 6 zeigt einen exemplarischen zeitlichen Stromverlauf im Kurzschlussfall an eines beanspruch- ten Umrichters 100 mit einer ersten Kurzschließeinrichtung 40 gemäß einer Ausführungsform. Zu- nächst steigt dabei der Kurzschlussstrom im Gleichspannungs-Zwischenkreis 30 des Umrichters 100 (Kurve 5a) quasi linear an. Nach einem Intervall At spricht sodann die erste Kurzschließeinrichtung 40 des Umrichters an, d. h. die Isolationsschicht 44 der ersten Kurzschließeinrichtung 40 wird zer- stört und die erste Kurzschließeinrichtung 40 wird (z. B. durch Funkenüberschlag, respektive Licht- bogen) elektrisch leitend bzw. liegt dann eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Leiter 41, 42 vor. Entsprechend bricht der Kurzschlussstrom im Gleichspannungs-Zwi- LU500997 schenkreis 30 ein und es findet eine Stromverlagerung über die erste Kurzschließeinrichtung 40 statt. Der sodann über die erste Kurzschließeinrichtung 40 fließende Strom ist dabei in Kurve 5b darstellt. Dieser steigt dabei weiter an bis letztlich vorzugsweise der Stromfluss durch ein Schalten eines dem Umrichter 100 netzseitig vorgelagertes strombegrenzendes Schaltelement 3 (z. B. einFIG. 6 shows an exemplary current curve over time in the event of a short circuit in a claimed converter 100 with a first short-circuiting device 40 according to one embodiment. First of all, the short-circuit current in the DC voltage intermediate circuit 30 of the converter 100 (curve 5a) rises more or less linearly. After an interval Δt then the first short-circuiting device 40 of the converter responds, i. H. the insulating layer 44 of the first short-circuiting device 40 is destroyed and the first short-circuiting device 40 becomes electrically conductive (e.g. by sparking or arcing) or there is then an electrically conductive connection between the first and second conductors 41, 42 . Accordingly, the short-circuit current in the DC voltage intermediate circuit 30 collapses and a current shift via the first short-circuiting device 40 takes place. The current then flowing via the first short-circuiting device 40 is shown in curve 5b. This continues to increase until finally the current flow preferably stops as a result of a switching of a current-limiting switching element 3 (e.g. a
Leistungsschutzschalter und/oder eine Schmelzsicherung) beendet wird. Das Zeitintervall At bis zum Zünden der ersten Kurzschließeinrichtung 40 kann dabei durch ein entsprechendes Auslegen der ersten Leitungsengstelle 43 bzw. über das Material der Isolationsschicht 44 und/oder über diecircuit breaker and/or a fuse) is terminated. The time interval At until the first short-circuiting device 40 is triggered can be achieved by appropriately designing the first line constriction 43 or via the material of the insulating layer 44 and/or via the
Ausdehnung, insbesondere Dicke, der Isolationsschicht 44 einstellbar sein, was beispielsweise mit- tels entsprechender Vorversuche ermittelt werden kann.The expansion, in particular the thickness, of the insulation layer 44 can be adjusted, which can be determined, for example, by means of appropriate preliminary tests.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben wor- den ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprü- che fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merk- male der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.Although the invention has been described with reference to specific exemplary embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes may be made and equivalents substituted without departing from the scope of the invention. Accordingly, the invention should not be limited to the disclosed embodiments, but should include all embodiments falling within the scope of the appended claims. In particular, the invention also claims protection for the subject matter and the features of the subclaims independently of the claims referred to.
Bezugszeichenliste LU500997 1 Last 2 Energieversorgungsnetz 3 SchutzschalterLIST OF REFERENCE NUMBERS LU500997 1 load 2 power supply network 3 circuit breaker
4 PE-Leiter 5a Stromverlauf vor Zünden der KurzschlieBeinrichtung 5b Stromverlauf nach Zünden der KurzschlieBeinrichtung netzseitige Stromrichter4 PE conductor 5a current curve before ignition of the short-circuiting device 5b current curve after ignition of the short-circuiting device line-side power converter
10 11 erster Netzanschluss 12 zweiter Netzanschluss 13 dritter Netzanschluss 20 lastseitigen Stromrichter 21, 22, 23 Anschlüsse10 11 first grid connection 12 second grid connection 13 third grid connection 20 load-side power converter 21, 22, 23 connections
30 Gleichspannungs-Zwischenkreis 31 ersten Schaltungszweig 31a erstes Leiterstück 31b zweites Leiterstück 32 zweiter Schaltungszweig30 DC voltage intermediate circuit 31 first circuit branch 31a first conductor section 31b second conductor section 32 second circuit branch
32a erstes Leiterstück 32b zweites Leiterstück 33 Zwischenkreiskondensator 40 erste KurzschlieBeinrichtung 41 erste Leiter32a first conductor section 32b second conductor section 33 intermediate circuit capacitor 40 first short-circuiting device 41 first conductor
42 zweiter Leiter 43 erste Leitungsengstelle 44 Isolationsschicht 45 zweite Leitungsengstelle 46 Leiterstück42 second conductor 43 first line constriction 44 insulating layer 45 second line constriction 46 conductor section
50 zweite Kurzschließeinrichtung 51 dritter Leiter 52 vierter Leiter 53 dritte Leitungsengstelle 54 weitere Isolationsschicht vierte Isolationsschicht50 second short-circuiting device 51 third conductor 52 fourth conductor 53 third line constriction 54 further insulation layer fourth insulation layer
56 Leiterstück LU500997 70 Leiterplatte 71,72, 73, 74 Leitungslagen 81 Überlastung im Gleichspannungs-Zwischenkreis 82, 83 Fehler nach Erde 100 Umrichter 101 Gehäuse ka56 conductor piece LU500997 70 printed circuit board 71,72, 73, 74 cable layers 81 overload in the DC link circuit 82, 83 fault to earth 100 converter 101 housing ca
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2023110286A1 (en) | 2023-06-22 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG | Patent granted |
Effective date: 20230613 |